RU2803126C2 - Hollow fibre membrane for liquid filtration - Google Patents

Hollow fibre membrane for liquid filtration Download PDF

Info

Publication number
RU2803126C2
RU2803126C2 RU2019113622A RU2019113622A RU2803126C2 RU 2803126 C2 RU2803126 C2 RU 2803126C2 RU 2019113622 A RU2019113622 A RU 2019113622A RU 2019113622 A RU2019113622 A RU 2019113622A RU 2803126 C2 RU2803126 C2 RU 2803126C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
polymer
hollow fiber
fibers
fiber membrane
Prior art date
Application number
RU2019113622A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019113622A (en
Inventor
Сохаил ШАЯН
Ахмед АРСЛАН
Усама Танвер ХАФИЗ
Original Assignee
Пак Витаэ (Прайвит) Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB1816030.9A external-priority patent/GB2573352A/en
Application filed by Пак Витаэ (Прайвит) Лимитед filed Critical Пак Витаэ (Прайвит) Лимитед
Publication of RU2019113622A publication Critical patent/RU2019113622A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2803126C2 publication Critical patent/RU2803126C2/en

Links

Abstract

FIELD: liquid filtration technology.
SUBSTANCE: group of inventions relates to membranes, the modules of which have built-in antibacterial properties with the configuration of the movement of the filtered material from the periphery to the centre. The membrane can be used in portable water filtration devices in multi-purpose installations operating under pressure in the suction pipeline, with a pressurized water line or under the gravity head of the liquid. Disclosed is a hollow fibre membrane having inherent antimicrobial properties for liquid filtration, comprising a plurality of porous hollow membrane fibres, wherein the hollow membrane fibres comprise a polymer or mixture of polymers comprising an antimicrobial substance physically enclosed and chemically bonded at the site of cross-linking between the polymer chains, imparting an antimicrobial effect to the fibres, and at the same time, the hollow fibre membrane is designed so that the liquid flows outside the fibres of the membrane and passes through the porous membrane into and along the cavity of the fibres, so that the retentate remains outside the membrane, and so that the filtered liquid (filtrate) flows out of the hollow end of the fibres. In another embodiment, a method is provided for manufacturing a hollow fibre membrane having inherent antimicrobial properties, comprising the following steps: a) blending an antimicrobial-embedded polymer or polymer blend with an antimicrobial-embedded agent with a polymer or polymer blend without the antimicrobial agent, with a pore former containing polyethylene glycol and other additives, with solvent for all components; b) passing the mixture obtained in step a) through a spinneret together with a polymer precipitant. Also presented is a device for filtering a liquid, containing a hollow fibre membrane, and the device includes a housing for the membrane, where the housing contains at least one supply channel and at least one drain channel.
EFFECT: group of inventions improves the quality of filtered water and water flow, reduces the required suction pressure, passage pressure or gravitational pressure.
34 cl, 9 dwg, 3 tbl, 3 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ:TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION:

Данное изобретение принадлежит к области техники изобретения фильтрации жидкости, например, это такие мембраны, модули которых обладают встроенными антибактериальными свойствами с конфигурацией движения фильтруемого материала от периферии к центру. Мембрана может быть использована в портативных устройствах для фильтрации воды в установках многоцелевого назначения, работающих под давлением во всасывающем трубопроводе, с водоводом под давлением или под гравитационным напором жидкости. В частности, пример исполнения данного изобретения также относятся к гидрофобным внешним сторонам или наружным стенам полого волокна и гидрофильным внутренним стенкам мембраны из полого волокна с отличной водопроницаемостью на долгий срок и без дополнительной промывки.This invention belongs to the field of liquid filtration technology, for example, these are membranes whose modules have built-in antibacterial properties with a configuration for the movement of the filtered material from the periphery to the center. The membrane can be used in portable devices for filtering water in multi-purpose installations operating under pressure in a suction pipeline, with a pressurized water line or under gravitational fluid pressure. In particular, an exemplary embodiment of the present invention also relates to hydrophobic outer sides or outer walls of a hollow fiber and hydrophilic inner walls of a hollow fiber membrane with excellent long-term water permeability and without additional flushing.

ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯHISTORY OF INVENTION

Чистая питьевая вода всегда была востребована во всем мире. 663 миллиона людей зависят от неусовершенствованных источников воды, а 160 миллионов зависят от наземной воды. Во всем мире как минимум 2.1 миллиарда людей используют источники питьевой воды, загрязненные испражнениями. Загрязненная вода может быть переносчиком болезней и стать причиной заболевания диареей, холерой, дизентерией, брюшным тифом и полиомиелитом. Около 842000 людей умирают каждый год от диареи из-за зараженной питьевой воды, санитарной гигиены и гигиены рук. Диарея - болезнь, которую можно предотвратить, как и смерть от нее 361000 детей возрастом до 5 лет, которые умирают каждый год из-за вышеупомянутых проблем. Почти 240 миллионов людей страдают бильгарциозом в острой и хронической форме, вызванным паразитическими червями, заражение которыми происходит от водных источников, согласно исследованиям Всемирной организации здравоохранения.Clean drinking water has always been in demand all over the world. 663 million people depend on unimproved water sources, and 160 million depend on surface water. Worldwide, at least 2.1 billion people use drinking water sources contaminated with excrement. Contaminated water can carry disease and cause diarrhea, cholera, dysentery, typhoid and polio. About 842,000 people die each year from diarrhea due to contaminated drinking water, sanitation and hand hygiene. Diarrhea is a preventable disease, as is the 361,000 children under 5 who die each year due to the above-mentioned problems. Nearly 240 million people suffer from acute and chronic bilharzia, caused by parasitic worms transmitted from water sources, according to research from the World Health Organization.

В Пакистане 44% населения не имеют доступ к чистой питьевой воде в течение всей своей жизни. В 2015 году 311 детей умерло только в Таре из-за недостатка чистой питьевой воды. В Хайбер-Пахтунхве и Федерально управляемых зонах племен (ФУЗП) 40% смертей происходят вследствие заболеваний, переносимых водой. Каждую минуту из-за загрязненной воды в Пакистане умирает ребенок. В Пакистане зарегистрирован 1 миллион случаев заболеваний диареей в год. Пакистан в настоящее время тратит 1,3 миллиард долларов на устранение заболеваний, переносимых водой. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, 25-30%) Пакистанцев поступают на лечение в больницы вследствие заражения бактериями, переносимыми водой, а 60% всех смертей в младенческом возрасте происходят из-за загрязненных водных источников.In Pakistan, 44% of the population does not have access to clean drinking water during their lifetime. In 2015, 311 children died in Tara alone due to lack of clean drinking water. In Khyber Pakhtunkhwa and the Federally Administered Tribal Areas (FATAs), 40% of deaths are due to water-borne diseases. Every minute a child dies due to contaminated water in Pakistan. There are 1 million cases of diarrhea per year in Pakistan. Pakistan is currently spending $1.3 billion to eliminate water-borne diseases. According to the World Health Organization, 25-30%) of Pakistanis are admitted to hospital due to water-borne bacteria, and 60% of all infant deaths are due to contaminated water sources.

Чистая вода - большая проблема в хозяйстве и на индивидуальном уровне. Для людей без постоянного места жительства вода очень дорогой ресурс. Существует потребность в устройстве, которое может фильтровать любую воду на месте в случае потребности. В среднем более 70% свежей доступной воды загрязнено и не подходит для питья. Современные технологии, которые используются для фильтрации воды слишком дорогие, не портативные, требуют большой мощности или недолговечны.Clean water is a big problem at the household and at the individual level. For people without permanent residence, water is a very expensive resource. There is a need for a device that can filter any water on site when required. On average, more than 70% of freshly available water is contaminated and unsuitable for drinking. Current technologies used to filter water are too expensive, not portable, require a lot of power, or don't last long.

Во время стихийных бедствий, экстренных ситуаций, несчастных случаев, спасательные службы или военные используют дезинфицирующие медикаменты, коагулирующие таблетки или, при возможности, устанавливают водофильтровальную установку. Первые два варианта не достаточно эффективны и ненадежны, поскольку они наносят вред организму человека, а последний вариант требует слишком больших затрат. Поставка чистой воды также достаточно затруднительна.During natural disasters, emergencies, accidents, rescue services or the military use disinfectant medications, coagulating tablets or, if possible, install a water filtration unit. The first two options are not effective enough and are unreliable, since they are harmful to the human body, and the last option is too expensive. The supply of clean water is also quite difficult.

Традиционные мембраны для фильтрации воды потребляют много электричества для того, чтобы качать воду через мембрану. Эти мембраны имеют поры неопределенного или большого размера, что обычно приводит к утечке биологических загрязнителей на другую сторону мембраны в очищенную воду. Поэтому, многие существующие системы фильтрации воды с использованием мембран оснащены либо ультрафиолетовым светом, системой озонирования или хлорирования (для дезинфекции). Первые два варианта нуждаются в электропитании, а последний оказывает канцерогенное воздействие на организм человека.Traditional water filtration membranes use a lot of electricity to pump water through the membrane. These membranes have pores of undefined or large sizes, which typically result in biological contaminants leaking out the other side of the membrane into the treated water. Therefore, many existing membrane water filtration systems are equipped with either ultraviolet light, ozonation or chlorination (for disinfection). The first two options require power, and the latter has a carcinogenic effect on the human body.

Фильтры, на песочных/гранитных/углевых/адсорбирующих основах имеют низкую скорость фильтрации и низкий уровень продуктивности в плане устранения биологических загрязнителей (особенно вирусов). Для производства отфильтрованной воды в массовом порядке, необходима более объемная установка, а также постоянная смена абсорбента для поддержания высокой скорости фильтрации. Также необходима установка для последующей обработки для устранения оставшихся биологических загрязнителей.Filters based on sand/granite/carbon/adsorbent substrates have low filtration rates and low levels of productivity in terms of eliminating biological contaminants (especially viruses). To produce filtered water on a mass scale, a larger installation is required, as well as a constant change of absorbent to maintain a high filtration rate. A post-treatment facility is also required to remove remaining biological contaminants.

Керамические мембраны, которые используются для портативных устройств фильтрации воды, недостаточно износостойкие. Они быстро повреждаются при ударе и весят намного больше. Также, для их производства необходимы высокие температуры. Достаточно сложно добиться подходящего размера пор в таких мембранах для эффективного устранения биологических загрязнителей. Агломерационный процесс, используемый для производства керамических мембран, недостаточно хорошо налажен для уменьшения пор до размера 20 нм и ниже.Ceramic membranes used for portable water filtration devices are not durable enough. They are quickly damaged upon impact and weigh much more. Also, their production requires high temperatures. It is quite difficult to achieve the appropriate pore size in such membranes to effectively remove biological pollutants. The sintering process used to produce ceramic membranes is not well established to reduce pore sizes to 20 nm and below.

Мембраны из полых волокон широко используются в бытовом и индустриальном секторе для микрофильтрации и ультрафильтрации. Когда вода проходит из одной стороны через мембрану на другую сторону, происходит процесс фильтрации, который пропускает только молекулы воды и частицы, которые имеют меньший размер, чем размер пор на мембране. Таким образом, поверхность мембраны и толщина волокна создают границу, которая отделяет нефильтрованную воду от фильтрованной. Полиэтилен, ацетатная целлюлоза, полисульфон, поливинилиден фторид, поликарбонат, полиакрилонитрил и т.д. используются в качестве материала для создания волокна мембраны. Этот метод требует высокой пористости полых волокон и маленького размера пор для улучшения процесса фильтрации и его точности. Также, мембрана должна иметь поры соответствующего размера, подходящего для объекта фильтрации для эффективного устранения бактерий, задержки твердых веществ и плотных компонентов. В то же время, волокна мембран должны обладать высокой прочностью и пропускной способностью для воды, чтобы обеспечить долговременное использование в условиях химически загрязненной среды и высокого рабочего давления. Поскольку существующие мембраны из полых волокон и вышеперечисленных материалов были разработаны для улучшения процесса фильтрации, были обнаружены некоторые несоответствия требованиям. Например, стандартные мембраны из полых волокон предоставляют низкий уровень производительности процесса фильтрации, требуют обратной промывки и могут быть загрязнены бактериями и другими микроорганизмами.Hollow fiber membranes are widely used in the domestic and industrial sectors for microfiltration and ultrafiltration. As water passes from one side through the membrane to the other side, a filtration process occurs that allows only water molecules and particles that are smaller than the pore size of the membrane to pass through. Thus, the surface of the membrane and the thickness of the fiber create a boundary that separates unfiltered water from filtered water. Polyethylene, cellulose acetate, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polycarbonate, polyacrylonitrile, etc. used as a material to create membrane fibers. This method requires high porosity of hollow fibers and small pore size to improve the filtration process and its accuracy. Also, the membrane must have pores of the appropriate size suitable for the filtration object to effectively eliminate bacteria, retention of solids and dense components. At the same time, membrane fibers must have high strength and water permeability to ensure long-term use in chemically polluted environments and high operating pressures. Since existing hollow fiber membranes and the above materials were developed to improve the filtration process, some inconsistencies were found. For example, standard hollow fiber membranes provide poor filtration performance, require backwashing, and can be contaminated with bacteria and other microorganisms.

Было предпринято несколько неудачных попыток для решения вышеописанных проблем, например, было предложено увеличить пористость мембран. Но мембраны из полых волокон с высоким коэффициентом фильтрации, микробиоцидными свойствами и долговременной устойчивостью еще не были разработаны.Several unsuccessful attempts have been made to solve the problems described above, for example, it was proposed to increase the porosity of the membranes. But hollow fiber membranes with high filtration efficiency, microbiocidal properties and long-term stability have not yet been developed.

В настоящее время используются три технологии фильтрации: 1) Ультрафильтрация (УФ) 2) Нано фильтрация 3) Фильтрация методом обратного осмоса. Самыми распространенными для пресной воды являются мембраны с ультрафильтрацией. Современные портативные мембраны из полых волокон основываются на УФ технологии и поэтому не могут эффективно удалять разжиженные металлы, такие как мышьяк, хромий, железо и т.д. Для эффективного устранения таких металлов необходимо уменьшить размер пор до 2 нм и меньше.Currently, three filtration technologies are used: 1) Ultrafiltration (UF) 2) Nano filtration 3) Reverse osmosis filtration. The most common membranes for fresh water are ultrafiltration membranes. Current portable hollow fiber membranes rely on UV technology and therefore cannot effectively remove liquefied metals such as arsenic, chromium, iron, etc. To effectively remove such metals, it is necessary to reduce the pore size to 2 nm or less.

С другой стороны, часто практикуется метод увеличения диаметра пор на мембране для большей водопроницаемости и производительности, но это в свою очередь приводит к ухудшению способности фракционирования у мембраны и ее прочности.On the other hand, it is often practiced to increase the pore diameter of the membrane for greater water permeability and productivity, but this in turn leads to deterioration of the membrane's fractionation ability and its strength.

Мембраны из полых волокон обычно используются для микрофильтрации и ультрафильтрации воды. Такие модули используются в различных областях: от больших заводов промышленных масштабов до портативных водных фильтров. Одна из известных нам конфигурация модуля мембраны из полых волокон показывается в US 4,435,289, где пористые полые волокна запечатаны в отвержденной смоле на обоих концах волокон, что также служит в качестве поддержки для мембраны. Вода поступает в волокна из отверстий на концах мембраны и переходит вовнутрь, а затем происходит процесс фильтрации, когда вода протекает через микропоры стенок полых волокон. Это фильтрующий элемент с обратным направлением потока, где чистая вода двигается через просветы волокон, а фильтрат образовывается на внутренней части волокон. Такие волокна чистятся с помощью промывки водой через внутреннюю часть волокон, а также возможной повторной или обратной промывки, как описано в WO 2008/101172 Вестергаардом Франдсеном.Hollow fiber membranes are commonly used for microfiltration and ultrafiltration of water. Such modules are used in a variety of applications: from large industrial-scale plants to portable water filters. One configuration of a hollow fiber membrane module known to us is shown in US 4,435,289, where porous hollow fibers are sealed in a cured resin at both ends of the fibers, which also serves as support for the membrane. Water enters the fibers from the holes at the ends of the membrane and moves inside, and then a filtration process occurs when the water flows through the micropores of the walls of the hollow fibers. This is a filter element with a reverse flow direction, where clean water moves through the gaps of the fibers, and the filtrate is formed on the inside of the fibers. Such fibers are cleaned by flushing water through the interior of the fibers and possibly rewashing or backwashing as described in WO 2008/101172 by Vestergaard Frandsen.

Этот принцип также объясняется концепцией питьевых трубочек, как описано в ЕР 2235502 В1. Это устройство содержит ротовой мундштук, используемый для всасывания воды через трубочку, содержащий определенное количество полых волокон в виде скобы с микропористыми стенами мембраны, которые поддерживаются обоими концами, запечатанными в верхней части под мундштуком. Когда человек всасывает воду ртом, поток воды идет снаружи вовнутрь. Фильтрат остается снаружи стенок мембраны, а чистая вода проходит через внешние волокна сквозь микропористые стены. Затем, чистая вода выходит через запечатанные концы возле мундштука для питья.This principle is also explained by the concept of drinking straws, as described in EP 2235502 B1. This device contains an oral mouthpiece used to suck water through a tube containing a certain number of hollow fibers in a staple form with microporous membrane walls that are supported by both ends sealed at the top under the mouthpiece. When a person sucks water into his mouth, the flow of water goes from the outside to the inside. The filtrate remains outside the membrane walls, and clean water passes through the outer fibers through the microporous walls. Then, clean water comes out through the sealed ends near the drinking mouthpiece.

Это устройство описывается в ЕР 2235502 В1 и сталкивается с распространенной проблемой, характерной для таких фильтров полые волокна сделаны из гидрофильного материала, который доставляет воду через мембрану, сформировав нескользкий слой воды на ней. Благодаря этому феномену, воздух не может (или практически не может) пройти через стены мембраны, когда они мокрые (например, когда они используются для фильтрации воды). Это приводит к риску задержания воздуха в больших количествах возле волокон, что уменьшает поток воды, так как воздух не дает ей пройти через мембрану. В связи с этим, необходима более мощная откачка воды для получения оптимального потока из модуля.This device is described in EP 2235502 B1 and faces a common problem with such filters: hollow fibers are made of a hydrophilic material that delivers water through the membrane, forming a non-slip layer of water on it. Due to this phenomenon, air cannot (or practically cannot) pass through the membrane walls when they are wet (for example, when they are used to filter water). This risks trapping large amounts of air near the fibers, which reduces water flow as air prevents it from passing through the membrane. In this regard, more powerful water pumping is necessary to obtain optimal flow from the module.

Это достаточно распространенная проблема в устройствах фильтрации данного типа и ранее уже предлагалось решение данной проблемы, как указано в ранее упомянутой секции US 4,636,307, несколько гидрофобных волокон добавляются в модуль для отталкивания воды и образования нескользкого слоя вокруг волокон для предотвращения проникновения воздуха. Однако, в плане производства, это сложное и дорогое решение.This is a fairly common problem in this type of filtration device and a solution to this problem has been proposed previously, as stated in the previously mentioned section of US 4,636,307, several hydrophobic fibers are added to the module to repel water and form a non-slip layer around the fibers to prevent air penetration. However, in terms of production, this is a complex and expensive solution.

Вместо дугообразных полых волокон в модуле мембраны можно использовать другую конфигурацию модуль, который проходит во входную водную камеру, с волокнами, у которых есть открытый конец, который поддерживается и запечатан в верхней части устройства, а также закрытый конец, который проходит во входную водную камеру, как описано в ЕР 0938367 и в ЕР 2235502 В1. Принцип аналогичен и создает такую же проблему.Instead of arcuate hollow fibers in the membrane module, a different configuration can be used, a module that extends into the inlet water chamber, with fibers that have an open end that is supported and sealed at the top of the device, and a closed end that extends into the inlet water chamber, as described in EP 0938367 and EP 2235502 B1. The principle is similar and creates the same problem.

Другая конфигурация описана в US 2004/078625, где две дугообразных модуля мембраны расположены в одной трубе, а загнутые части повернуты друг к другу. Вода течет изнутри наружу из первого модуля, открытые концы которого поддерживаются и запечатываются возле мундштука. Система подвержена накоплению воздуха в отделе между двумя модулями, что может привести к ухудшению водного потока или необходимости увеличить давление при откачке воды.Another configuration is described in US 2004/078625, where two arcuate membrane modules are located in one pipe and the bent parts are turned towards each other. Water flows from the inside to the outside from the first module, the open ends of which are supported and sealed near the mouthpiece. The system is susceptible to air accumulation in the compartment between the two modules, which may result in poor water flow or the need to increase pressure when pumping water.

В отличие от конфигурации, описанной выше, в методе, описанном в US 8,852,439 В2, используется один дугообразный модуль с полыми волокнами во избежание задержки воздуха в гидрофильных волокнах. Открытые концы поддерживаются и запечатываются возле мундштука, а согнутые части смотрят на мундштук. Эта конфигурация обратная той, что описана в ЕР 2235502 В1. Эта конфигурация, по описанию, уменьшает риск накопления воздуха, так как объем внутри волокон гораздо меньше, чем объем внутри самого отделения. Вода течет изнутри наружу. Чистка накопленного фильтрата производится с помощью выдувания воздуха ртом, что приводит к образованию обратного потока.Unlike the configuration described above, the method described in US 8,852,439 B2 uses a single arcuate hollow fiber module to avoid air entrapment in the hydrophilic fibers. The open ends are supported and sealed near the mouthpiece, while the bent parts face the mouthpiece. This configuration is the reverse of that described in EP 2235502 B1. This configuration is described as reducing the risk of air accumulation since the volume within the fibers is much less than the volume within the compartment itself. Water flows from inside to outside. The accumulated filtrate is cleaned by blowing air out of the mouth, which leads to the formation of a reverse flow.

Поток воды изнутри наружу через мембрану из полых волокон (как описано в US 8,852,439 В2) приводит к тому, что крупные частицы застревают внутри полых волокон мембраны. Из-за этого возникает необходимость в дополнительном давлении при всасывании или давлении при проходе, или гравитационном напоре. Также, при проходе через мембрану крупные частицы приводят к образованию трещин в стене волокон.The flow of water from the inside out through a hollow fiber membrane (as described in US 8,852,439 B2) causes large particles to become trapped within the hollow fibers of the membrane. Because of this, there is a need for additional suction pressure or passage pressure, or gravity pressure. Also, when passing through the membrane, large particles lead to the formation of cracks in the fiber wall.

Эти фильтры с мембранами из полых волокон сталкиваются с общей проблемой. Бактерии попадают в модуль фильтра и полые волокна, например, когда воздух вдувается изо рта для обратного промывания, когда обратное промывание происходит из-за внешнего компонента, вследствие загрязнения чистой стороны бактериями, из-за недостаточной санитарии или из-за загрязнения окружающей среды. Бактерии остаются на стенках волокон и начинают образовывать целые колонии. Колонии бактерий растут на стороне мембраны с отфильтрованной водой, когда через мундштук фильтра вдувается воздух, когда происходит обратное промывание внешним компонентом, вследствие контакта бактерий с очищенной стороной или из-за плохой дезинфекции и загрязненной среды. Это приводит к загрязнению отфильтрованной жидкости и неудачной фильтрации.These hollow fiber membrane filters face a common problem. Bacteria enter the filter module and hollow fibers, for example, when air is blown from the mouth to backwash, when backwash occurs due to an external component, due to contamination of the clean side with bacteria, due to insufficient sanitation, or due to environmental pollution. Bacteria remain on the walls of the fibers and begin to form entire colonies. Colonies of bacteria grow on the filtered water side of the membrane when air is blown through the filter mouthpiece, when backwashing occurs with an external component, due to contact of bacteria with the cleaned side, or due to poor disinfection and a contaminated environment. This leads to contamination of the filtered liquid and unsuccessful filtration.

Для решения этой проблемы применяется метод, описанный в US 8,852,439 В2. Бактериостатический/биоцидный слой наносится на внешние стенки фильтра, чтобы бактерии не распространялись, и не происходило загрязнения отфильтрованной воды. Однако, проблема в том, что биоцидный слой наносится только на блок фильтра (например, на внешнюю стенку блока фильтра), а не на мембрану. Из-за этого мембрана может загрязниться (на чистой стороне). Также, этот биоцидный слой вымывается из-за эрозии и вытекает вместе с отфильтрованной жидкостью. Это уменьшает долговечность антимикробной функции. Биоцидные материалы (если они вымываются с отфильтрованной водой) могут нанести вред организму человека при употреблении.To solve this problem, the method described in US 8,852,439 B2 is used. A bacteriostatic/biocide layer is applied to the outer walls of the filter to prevent bacteria from spreading and contaminating the filtered water. However, the problem is that the biocidal layer is applied only to the filter block (for example, to the outer wall of the filter block), and not to the membrane. This may cause the membrane to become dirty (on the clean side). Also, this biocidal layer is washed away due to erosion and flows out along with the filtered liquid. This reduces the longevity of the antimicrobial function. Biocidal materials (if washed out with filtered water) can be harmful to the human body if consumed.

Существует еще один метод уменьшения риска роста и распространения бактерий внутри фильтра (например, вследствие обратного промывания или контакта чистой стороны с бактериями, загрязненной средой или плохой дезинфекции). Речь идет об использовании нано частиц серебра. Серебро -антибактериальный материал, который убивает 99% микробов. Нано частицы серебра со временем вымываются из мембраны и оставляют большие полости в ее стенках, что приводит к проникновению микробов в мембрану. Из-за миграции нано частиц серебра, со временем, антимикробные свойства пропадают (см. US 7,390,343 и 9,200,086).There is another method to reduce the risk of bacteria growing and spreading inside the filter (for example, due to backwashing or clean side contact with bacteria, contaminated media, or poor disinfection). We are talking about the use of silver nanoparticles. Silver is an antibacterial material that kills 99% of germs. Nano silver particles are washed out of the membrane over time and leave large cavities in its walls, which leads to the penetration of microbes into the membrane. Due to the migration of silver nanoparticles, over time, the antimicrobial properties disappear (see US 7,390,343 and 9,200,086).

Во всех фильтрационных устройствах, описанных выше, пористость полых волокон доходит до 80%, поэтому для осуществления процесса фильтрации возникает необходимость в дополнительном давлении при всасывании или давлении при проходе, или гравитационном напоре и возникает риск накопления воздуха внутри фильтра.In all the filtration devices described above, the porosity of the hollow fibers reaches up to 80%, therefore, in order to carry out the filtration process, additional suction or passage pressure or gravity pressure is required and there is a risk of air accumulation inside the filter.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:SUMMARY OF THE INVENTION:

Таким образом, целью данного изобретения является улучшение качества фильтрации с помощью внедрения в мембрану новых встроенных антимикробных функций. По желанию, можно также добиться дополнительных улучшений при использовании данного изобретения, например, таких как улучшение потока воды с помощью устранения проблемы накопления воздуха и закупоривание отверстий с помощью воздушных пузырей; уменьшение необходимого давления при всасывании, давления при проходе, или гравитационном напоре для полых волокон в системе водной фильтрации. Данное изобретение в особенности направлено на улучшение качества отфильтрованной воды и потока воды, уменьшение необходимого давления при всасывании, давления при проходе или гравитационном напоре.Thus, the purpose of this invention is to improve the quality of filtration by introducing new built-in antimicrobial functions into the membrane. If desired, additional improvements can also be achieved using the present invention, such as improving water flow by eliminating the problem of air accumulation and plugging holes with air bubbles; Reducing the required suction pressure, pass pressure, or gravity head for hollow fibers in a water filtration system. This invention is particularly directed to improving the quality of filtered water and water flow, reducing the required suction pressure, passage pressure or gravity head.

На удивление, изобретатели обнаружили, что существует возможность создания новой мембраны с встроенными антибактериальными свойствами. Такая мембрана может использоваться в многофункциональных портативных установках с несколькими отверстиями, где жидкость, например, вода, течет снаружи вовнутрь через мембранный фильтр. Это значит, что изобретенная мембрана обладает встроенными антибактериальными функциями и способна предоставить безопасную для употребления жидкость, например, воду, чистую от микробов.Surprisingly, the inventors discovered that it was possible to create a new membrane with built-in antibacterial properties. Such a membrane can be used in multi-functional, portable, multi-port installations where liquid, such as water, flows from outside to inside through the membrane filter. This means that the invented membrane has built-in antibacterial functions and is able to provide a liquid, such as water, that is free of germs and is safe to drink.

Другой целью данного изобретения является предоставление метода производства полых волокон мембран с большой прочностью и отлично работающей функцией фракционирования и водопроницаемостью.Another object of the present invention is to provide a method for producing hollow fiber membranes with great strength and excellent fractionation function and water permeability.

В связи с этим, первым аспектом данного изобретения является представление мембраны из полых волокон, обладающей антибактериальными свойствами для фильтрации жидкостей, в которой жидкость затекает извне и проходит через пористую часть мембраны в просвет между полыми волокнами, оставляя фильтрат вне мембраны, а затем отфильтрованная жидкость вытекает из другого конца мембраны, проходя через полые волокна.In this regard, the first aspect of the present invention is to provide a hollow fiber membrane having antibacterial properties for filtering liquids, in which liquid flows in from outside and passes through the porous part of the membrane into the lumen between the hollow fibers, leaving the filtrate outside the membrane, and then the filtered liquid flows out from the other end of the membrane, passing through the hollow fibers.

Мембрана из полых волокон, представленная в данном изобретении, характеризуется тем, что внешняя ее поверхность или внешняя стенка полых волокон обладает гидрофобными свойствами, а внутренняя поверхность или внутренняя стенка мембраны обладает гидрофильными свойствами.The hollow fiber membrane of the present invention is characterized in that the outer surface or outer wall of the hollow fibers has hydrophobic properties and the inner surface or inner wall of the membrane has hydrophilic properties.

Мембрана из полых волокон, представленная в данном изобретении, может иметь размер пор от 0.1 нанометра до 25 нанометров.The hollow fiber membrane of this invention may have a pore size from 0.1 nanometer to 25 nanometers.

Мембрана из полых волокон может иметь диаметр волокна от 0.2 мм до 0.6 мм.The hollow fiber membrane can have a fiber diameter from 0.2 mm to 0.6 mm.

Мембрана из полых волокон может иметь толщину стенки от 1 мм до 2 мм.The hollow fiber membrane can have a wall thickness of 1 mm to 2 mm.

Мембрана из полых волокон, представленная в данном изобретении, может быть охарактеризована тем, что внешняя поверхность или внешняя стенка полого волокна обладает гидрофобными свойствами, а внутренняя поверхность или внутренняя стенка мембраны обладает гидрофильными свойствами, может иметь размер пор от 0.1 нанометра до 25 нанометров, диаметр волокна от 0.2 мм до 0.6 мм и толщину стенки от 1 мм до 2 мм.The hollow fiber membrane presented in this invention can be characterized in that the outer surface or outer wall of the hollow fiber has hydrophobic properties, and the inner surface or inner wall of the membrane has hydrophilic properties, can have a pore size of 0.1 nanometer to 25 nanometers, diameter fibers from 0.2 mm to 0.6 mm and wall thickness from 1 mm to 2 mm.

Полые волокна могут быть сделаны из полимера или термореактивного полимера. Например, волокна могут быть сделаны из полисульфона, полиэфирсыльфона, поливинилидена фторида, полиакриллонитрила, политемакриловой кислоты, полиамида, полиимида, полиэфирного имида и ацетил целлюлозы, а также из смеси этих материалов. Изобретатели обнаружили, что выбор полимеров или смесь полимеров влияет на формирование пор и Проходимость Чистой Воды (ПЧВ) и Критический Поток Воды (КПВ). Производство волокон из полимеров позволяет добиться формирования большого количества пор на заданной площади стенки волокна, а также большего процентного количества пробелов на стенке волокна. Например, волокна мембраны состоят из полиэфирсульфона на 16-20% по весу, или на 5-20% из поливинилпирролидона по весу, или из н-метил-2-пирролидона на 70-90% по весу, или на 10-45% из полиоксиэтиленгликоля по весу. Как вариант, волокна также могут состоять из поликарбонатов, полиамидов, водного изопропила или любой комбинации этих веществ. Например, волокна мембраны состоят на 10-25%) из полисульфона по весу, на 5-15% из поливинила пирролидона по весу. Например, волокна состоят на 3-25% из полиэфирсульфона по весу и на 5-15% из поливинилпирролидона по весу.Hollow fibers can be made from a polymer or a thermoset polymer. For example, the fibers can be made from polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polythemacrylic acid, polyamide, polyimide, polyether imide and cellulose acetate, as well as mixtures of these materials. The inventors have discovered that the choice of polymers or mixture of polymers influences pore formation and Pure Water Permeability (PWP) and Critical Water Flow (CWF). The production of fibers from polymers allows for the formation of a large number of pores in a given area of the fiber wall, as well as a larger percentage of spaces on the fiber wall. For example, membrane fibers consist of 16-20% polyethersulfone by weight, or 5-20% polyvinylpyrrolidone by weight, or 70-90% n-methyl-2-pyrrolidone by weight, or 10-45% polyoxyethylene glycol by weight. Alternatively, the fibers may also consist of polycarbonates, polyamides, hydrous isopropyl, or any combination of these substances. For example, membrane fibers consist of 10-25% polysulfone by weight, 5-15% polyvinyl pyrrolidone by weight. For example, the fibers consist of 3-25% polyethersulfone by weight and 5-15% polyvinylpyrrolidone by weight.

Волокна могут состоять из полиэфирсульфона, а также из ультрасон полиэфирсульфона с градацией 6020р. Например, волокна состоят на 12-25% из полиэфирсульфона, на 40-90% из н-метил пирролидона и на 10-45% из полиэфира гликоля. Такой состав может также содержать хлорид лития (например, от 0.5 до 1.5%).The fibers can consist of polyethersulfone, as well as ultrason polyethersulfone with a gradation of 6020r. For example, the fibers consist of 12-25% polyethersulfone, 40-90% n-methyl pyrrolidone and 10-45% polyether glycol. Such a composition may also contain lithium chloride (eg, 0.5 to 1.5%).

Волокна могут быть представлены в различных составах. Например, волокна могут формировать однослойную мембрану, мембрану, состоящую из нескольких слоев, или же образовывать двойной слой (например, два дугообразных набора волокон напротив друг друга в закрытой системе).Fibers can be presented in various compositions. For example, the fibers can form a single-layer membrane, a membrane consisting of several layers, or form a double layer (eg, two arc-shaped sets of fibers opposite each other in a closed system).

Несколько слоев могут обладать другими свойствами, представленными в каждом отдельном слое.Multiple layers may have different properties represented in each individual layer.

Однослойная мембрана может быть либо гидрофобной, либо гидрофильной. Внешняя стенка слоя мембраны (например, сторона, которая контактирует с фильтруемой водой) может быть гидрофобной, а внешняя сторона слоя или стенка (например, сторона, которая контактирует с волокнами и фильтруемой жидкостью) - гидрофильной. Гидрофобный слой уменьшает накопление воздуха и давление при всасывании. Гидрофобный слой увеличивает поток жидкости.A single-layer membrane can be either hydrophobic or hydrophilic. The outer wall of the membrane layer (eg, the side that contacts the water being filtered) may be hydrophobic, and the outer side of the layer or wall (eg, the side that is in contact with the fibers and the filtered liquid) can be hydrophilic. The hydrophobic layer reduces air accumulation and suction pressure. The hydrophobic layer increases fluid flow.

Гидрофильный слой позволяет поддерживать капиллярное действие жидкости, проходящей через поры на стенках волокна в сторону полости волокна, и уменьшает количество необходимого давления при всасывании, давления при проходе или гравитационном напоре.The hydrophilic layer allows the capillary action of fluid to flow through the pores on the fiber walls toward the fiber cavity and reduces the amount of suction pressure, pass pressure, or gravity thrust required.

Жидкость может течь снаружи внутрь (например, жидкость для фильтрации предоставлена вне просвета протока волокон и проходит внутри просвета во время фильтрации). В качестве альтернативы, жидкость может течь изнутри наружу.The fluid may flow from outside to inside (eg, filtration fluid is provided outside the lumen of the fiber duct and flows within the lumen during filtration). Alternatively, the fluid may flow from the inside to the outside.

Если жидкость течет изнутри наружу, фильтрат остается вне мембраны. Для легкой чистки мембрана может быть моющейся.If the liquid flows from the inside to the outside, the filtrate remains outside the membrane. The membrane is washable for easy cleaning.

Волокна, определяющие мембрану, имеют поры в стенках, через которые проходит вода. Многочисленные поры могут привести к тому, что в волокне будет полость с просветами от 70-90% или 80-90%) от общего объема стенки волокна. Размер пор может колебаться от 0.1 нм до 25 нм в диаметре. Для использования под всасывающим давлением, размер пор может колебаться от 50 нм до 150 нм в диаметре.The fibers that define the membrane have pores in the walls through which water passes. Numerous pores can cause the fiber to have a cavity with gaps ranging from 70-90% or 80-90%) of the total volume of the fiber wall. The pore size can vary from 0.1 nm to 25 nm in diameter. For use under suction pressure, the pore size can range from 50 nm to 150 nm in diameter.

Волокна мембраны в данном изобретении могут иметь Проходимость Чистой Воды (ПЧВ) более 1800 л/м2/час под давлением меньше 1 бара и Критический Поток Воды (КПВ) более 900 л/м2/час.The membrane fibers in this invention may have a Pure Water Permeability (PWF) of more than 1800 l/m2/hour at a pressure of less than 1 bar and a Critical Water Flow (CWF) of more than 900 l/m2/hour.

Полые волокна могут формировать дугообразные модули мембраны с открытыми концами, где жидкость затекает в мембрану для фильтрации, а отфильтрованная жидкость вытекает через открытые концы волокон. Например, как описано в американском патенте US №5160673.The hollow fibers can form arcuate membrane modules with open ends, where liquid flows into the membrane for filtration and filtered liquid flows out through the open ends of the fibers. For example, as described in US Patent No. 5,160,673.

В предпочтительном варианте реализации, волокна должны быть антибактериальными по своей природе. Это значит, что они не просто покрыты антибактериальным веществом. В таком случае, антибактериальную сущность мембраны изменить нелегко, и пропадает риск того, что она может повредить пользователю фильтра при попадании в организм. Такого результата можно добиться методом внедрения антибактериального вещества внутри полимерной системы, которая образовывает волокна. Антибактериальное вещество можно физически заключить в месте образования перекрестных связей между цепочками полимеров. Антибактериальное вещество можно химически внедрить на месте образования перекрестных связей между цепочками полимеров. Внедрение антибактериального вещества внутри полимера приведет к формированию полимера с внедренными антибактериальными свойствами.In a preferred embodiment, the fibers should be antibacterial in nature. This means that they are not just coated with an antibacterial substance. In this case, the antibacterial nature of the membrane cannot be easily changed, and there is no risk that it could harm the filter user if it enters the body. This result can be achieved by introducing an antibacterial substance inside a polymer system that forms fibers. The antibacterial substance can be physically enclosed at the site of cross-linking between polymer chains. The antibacterial substance can be chemically introduced at the site of cross-linking between polymer chains. The introduction of an antibacterial substance within the polymer will result in the formation of a polymer with embedded antibacterial properties.

Антибактериальное вещество может быть металлом, солью металла или оксидом метала с антибактериальными свойствами. Например, это может быть оксид цинка, цинк или соль цинка. Таким образом, к примеру, волокна данного изобретения могут считаться неустранимо антибактериальными при добавлении хотя бы одной соли цинка к раствору или суспензии мономеров, которые используются для синтезирования полимера, из которого формируются волокна, в водный или органический растворитель. В качестве альтернативного варианта, по крайней мере, одно антибактериальное вещество (например, соль цинка) можно добавить во время реакции полимеризации начальных мономеров.The antibacterial agent may be a metal, a metal salt, or a metal oxide with antibacterial properties. For example, it may be zinc oxide, zinc or zinc salt. Thus, for example, the fibers of the present invention can be considered irreducibly antibacterial when at least one zinc salt is added to a solution or suspension of monomers that are used to synthesize the polymer from which the fibers are formed into an aqueous or organic solvent. Alternatively, at least one antibacterial agent (eg, a zinc salt) can be added during the polymerization reaction of the initial monomers.

Когда соль цинка используется для модификации полимера для того, чтобы внедрить в него антибактериальные свойства, соль может состоять или состоит из любой комбинации соли цинка пирролидонкарбоновой кислоты, оксида цинка, гидроксида цинка, пирролидона цинка и пиритиона цинка.When a zinc salt is used to modify a polymer to impart antibacterial properties, the salt can be or is composed of any combination of zinc pyrrolidone carboxylic acid, zinc oxide, zinc hydroxide, zinc pyrrolidone and zinc pyrithione.

Полимер или смесь полимеров, в которую внедряется антибактериальное вещество, может быть комбинацией веществ, перечисленных выше для создания волокна. Например, полимер может быть Полиэфирсульфоном, или смесью полимеров, которая содержит Полиэфирсульфон.The polymer or mixture of polymers into which the antibacterial agent is incorporated may be a combination of the substances listed above to create the fiber. For example, the polymer may be a Polyethersulfone, or a polymer mixture that contains a Polyethersulfone.

Антибактериальный полимер в данном изобретении может быть охарактеризован тем, что в нем происходит выброс ионов цинка ниже допустимых пределов 21 м.д.The antibacterial polymer in this invention can be characterized by the fact that it releases zinc ions below the permissible limits of 21 ppm.

Антибактериальный полимер данного изобретения эффективен для осуществления контроля или устранения быстрого распространения грамположительных и грамотрицательных бактерий, например, кишечная палочка или Escherichia coli (грамотрицательная) и/или Золотистый стафилококк Staphylococcus aureus (грамположительная). Другие примеры: кишечная палочка или Escherichia coli, Золотистый стафилококк или Staphylococcus aureus, Синегнойная палочка или Pseudomonas aeruginosa, Акинетобактерия бауманна или Acinetobacter baum, Энтеробактер клоаки или Enterobacter cloacae, Кандида белая или Candida albicans и виды Клостридий или Clostridium species, а также их комбинации.The antibacterial polymer of the present invention is effective for controlling or eliminating the rapid spread of gram-positive and gram-negative bacteria, for example, Escherichia coli (Gram-negative) and/or Staphylococcus aureus (Gram-positive). Other examples: E. coli or Escherichia coli, golden staphylococcus or Staphylococcus aureus, Pseudomonas or Pseudomonas aeruginosa, Akinetobacteria Baumann or Acinetobacter Baum, Enterobacter Cloka or Enterobacter CL OACAE, candidate white or Candida albicans and types of clostridia or Clostridium species, as well as their combinations.

Для того чтобы ограничить количество дорогого антибактериального вещества и остаточные потери антибактериального вещества при попадании в отфильтрованную воду, все волокно не должно быть сделано из антибактериального полимера. Практически вся внешняя сторона каждого волокна может содержать антибактериальное вещество внутри вещества самого полимера или смеси полимеров, которые формируют волокно. Модифицированный полимер смешан так, что 99% всей площади поверхности мембраны имеют антибактериальную природу. Смесь делается с использованием процесса, который обеспечивает сохранение антибактериальных свойств на 99% всей площади поверхности новой созданной мембраны даже в том случае, если небольшое количество, от 2,5 до 3% модифицированного полимера смешивается с остальным количеством полимера или смеси полимеров для ее создания. Таким образом, волокна имеют антибактериальные свойства снаружи и внутри.In order to limit the amount of expensive antibacterial agent and the residual loss of antibacterial agent when released into the filtered water, the entire fiber should not be made of an antibacterial polymer. Substantially the entire outer side of each fiber may contain an antibacterial substance within the substance of the polymer itself or the mixture of polymers that form the fiber. The modified polymer is mixed so that 99% of the total surface area of the membrane is antibacterial in nature. The mixture is made using a process that ensures that 99% of the total surface area of the newly created membrane remains antibacterial even though a small amount of 2.5 to 3% of the modified polymer is mixed with the rest of the polymer or mixture of polymers to create it. Thus, the fibers have antibacterial properties outside and inside.

Антибактериальное вещество может быть оксидом металла или металлом. Это могут быть частицы металла или оксида металла. Антибактериальное вещество, внедренное в полимер или смесь полимеров, может составлять от 2-5% веса волокна. Полимер или смесь полимеров без антибактериального вещества может составлять 95-98% веса волокна. Полимер или смесь полимеров без антибактериального вещества может быть тем же полимером или смесью полимеров.The antibacterial agent may be a metal oxide or a metal. These may be particles of metal or metal oxide. The antibacterial substance incorporated into the polymer or mixture of polymers may constitute 2-5% by weight of the fiber. The polymer or mixture of polymers without the antibacterial agent may constitute 95-98% of the fiber weight. The polymer or mixture of polymers without the antibacterial agent may be the same polymer or mixture of polymers.

Метод формирования такой мембраны может привести к формированию волокна с внедренными вышеописанными характеристиками.The method of forming such a membrane can result in the formation of a fiber incorporating the characteristics described above.

Например, изобретатели обнаружили, что возможно добиться высокого % коэффициента пористости волокна, выбрав подходящее формирующее поры устройство для участия в процессе создания волокна.For example, the inventors have discovered that it is possible to achieve a high percentage of fiber porosity by selecting a suitable pore forming device to participate in the fiber creation process.

Следовательно, другим аспектом данного изобретения является процесс создания мембраны из полых волокон с внедренной антибактериальной функцией методом принятия следующих мер:-Therefore, another aspect of the present invention is a process for creating a hollow fiber membrane with an embedded antibacterial function by taking the following steps:-

а) создание смеси полимеров или добавление полимера в смесь с использованием формирующего поры устройства из полиэтиленгликоля (молекулярный вес 300);a) creating a mixture of polymers or adding a polymer to the mixture using a pore-forming device made of polyethylene glycol (molecular weight 300);

б) протекание смеси, созданной в пункте а) через фильеру вместе с осадителем для полимеров.b) flow of the mixture created in point a) through the die together with the precipitant for polymers.

Полимеры или смесь полимеров для создания волокон можно выбрать из предложенных выше вариантов в первом аспекте данного изобретения. В качестве примера, волокна могут состоять на 12-25%) из полиэфирсульфона, или на 40-90%) из н-метил пирролидона, или на 10-45% из полиэтиленгликоля. Такой состав может также содержать хлорид лития (например, от 0.5 до 1.5%).The polymers or mixture of polymers for creating the fibers can be selected from those suggested above in the first aspect of the present invention. As an example, the fibers may consist of 12-25%) polyethersulfone, or 40-90%) n-methyl pyrrolidone, or 10-45% polyethylene glycol. Such a composition may also contain lithium chloride (eg, 0.5 to 1.5%).

Полиэтиленгликоль может быть представлен в растворе; например, водном растворе (например, 9:1 полиэтиленгликоля: Водный раствор, или +/-10%).Polyethylene glycol may be present in solution; for example, an aqueous solution (for example, 9:1 polyethylene glycol: Aqueous solution, or +/-10%).

Осадитель, используемый в пункте б) может быть водой.The precipitant used in b) may be water.

Кроме оптимизации формирования пор, изобретатели также обнаружили, что существует возможность создания волокон с антибактериальными свойствами возле внешней части стенки, также внедренными в волокно; таким образом, сохраняется вещество, используемое для внедрения антибактериальных функций. Этот метод состоит из следующих шагов:In addition to optimizing pore formation, the inventors also discovered that it was possible to create fibers with antibacterial properties near the outer wall also embedded in the fiber; In this way, the substance used to introduce antibacterial functions is preserved. This method consists of the following steps:

а) смесь антибактериального вещества, внедренного в полимер или в смесь полимеров, полимера или смеси полимеров без антибактериальных свойств, раствора для обоих полимеров или смесей полимеров и устройство для формирования пор из полиэтиленгликоля (молекулярный вес 300);a) a mixture of an antibacterial substance embedded in a polymer or a mixture of polymers, a polymer or a mixture of polymers without antibacterial properties, a solution for both polymers or mixtures of polymers and a device for forming pores from polyethylene glycol (molecular weight 300);

б) протекание смеси, созданной в предыдущем шаге через фильеру вместе с осадителем для полимеров.b) flow of the mixture created in the previous step through the die together with a precipitant for polymers.

В следующем аспекте данного изобретения представлен процесс создания мембраны из полых волокон с внедренной антибактериальной функцией методом принятия следующих мер:-In a further aspect of the present invention, a process is presented for creating a hollow fiber membrane having an embedded antibacterial function by taking the following steps:-

а) смесь антибактериального вещества, внедренного в полимер или в смесь полимеров с полимером или смесью полимеров без антибактериальных свойств с использованием растворителя для обоих полимеров;a) a mixture of an antibacterial substance embedded in a polymer or a mixture of polymers with a polymer or a mixture of polymers without antibacterial properties using a solvent for both polymers;

б) протекание смеси, созданной в предыдущем шаге через фильеру вместе с осадителем для полимеров.b) flow of the mixture created in the previous step through the die together with a precipitant for polymers.

Шаг б) для всех процессов данного изобретения может быть осуществлен при температуре от 25 до 80 градусов по Цельсию, или от 40 до 60 градусов по Цельсию (при атмосферном давлении). Фильера необходима для работы на высоких скоростях. Например, он может работать на скорости от 350 до 600 оборотов в минуту, или от 450 до 550 оборотов в минуту, или при 500 оборотах в минуту.Step b) for all processes of this invention can be carried out at a temperature of from 25 to 80 degrees Celsius, or from 40 to 60 degrees Celsius (atmospheric pressure). The die is necessary for working at high speeds. For example, it can run at 350 to 600 rpm, or 450 to 550 rpm, or 500 rpm.

Полимеры обладают более высокой способностью формировать раствор с растворителем, чем с осадителем. Следовательно, растворитель и осадитель контактируют друг с другом в шаге б), происходит выброс полимеров из растворителя и их отвердевание. Быстрое отвердевание полимера на скорости во время выброса из фильеры формирует поры в созданных волокнах. В то же время, центробежная сила, созданная крутящейся фильерой и влияющая на формирование волокон, тянет полимер с внедренным антибактериальным веществом на внешнюю поверхность формирующегося волокна, этот полимер имеет большую плотность, чем полимер без антибактериального вещества. Таким образом, волокно формируется с порами, а внешняя часть волокна содержит преимущественную часть полимера с внедренным антибактериальным полимером, а остальное формируется из полимера без антибактериального вещества.Polymers have a higher ability to form a solution with a solvent than with a precipitant. Therefore, the solvent and precipitant come into contact with each other in step b), the polymers are released from the solvent and solidified. The rapid solidification of the polymer at speed during ejection from the spinneret forms pores in the created fibers. At the same time, the centrifugal force created by the spinning die and influencing the formation of fibers pulls the polymer with an embedded antibacterial substance onto the outer surface of the forming fiber; this polymer has a higher density than a polymer without an antibacterial substance. Thus, the fiber is formed with pores, and the outer part of the fiber contains a predominant portion of the polymer with embedded antibacterial polymer, and the rest is formed from the polymer without the antibacterial substance.

Этот процесс для обоих аспектов данного изобретения может быть использован для формирования мембраны первого аспекта данного изобретения. Следовательно, все характеристики первого аспекта данного изобретения могут применяться также и для следующих аспектов данного изобретения. Например, антибактериальное вещество может быть оксидом металла или металлом. Полимер или смесь полимеров с внедренным антибактериальным веществом может составлять от 2-5% от общего веса полимеров в смеси, созданной в пункте а).This process for both aspects of this invention can be used to form the membrane of the first aspect of this invention. Therefore, all of the characteristics of the first aspect of the present invention can also be applied to the following aspects of the present invention. For example, the antibacterial substance may be a metal oxide or a metal. The polymer or mixture of polymers with an embedded antibacterial substance can constitute from 2-5% of the total weight of the polymers in the mixture created in point a).

Полимер или смесь полимеров без антибактериального вещества может составлять от 95 до 98% общего веса волокна.The polymer or mixture of polymers without the antibacterial agent may constitute 95 to 98% of the total weight of the fiber.

Полимер может также содержать или состоять из полиэфирсульфона. В качестве растворителя может быть использован н-метил-2-пирролидон.The polymer may also contain or consist of polyethersulfone. N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent.

Антибактериальное вещество, внедренное в полимер, может быть полиэфирсульфоном (например, ультрасон® полиэфирсульфон с градацией 6020р), а полимер или смесь полимеров без антибактериального вещества может состоять из полиэфирсульфона (например, ультрасон® полиэфирсульфон с градацией 6020р), полимеры могут быть представлены в весовом соотношении 3% к 97%.The antibacterial substance embedded in the polymer can be polyethersulfone (for example, ultrason® polyethersulfone with a gradation of 6020r), and the polymer or a mixture of polymers without an antibacterial substance can consist of polyethersulfone (for example, ultrason® polyethersulfone with a gradation of 6020r), polymers can be presented in weight ratio of 3% to 97%.

Полимер или смесь полимеров без антибактериального вещества может быть тем же полимером или смесью полимеров. Антибактериальный полимер может содержать частицы оксида металла, внедренные методом сшивания полимерных цепей.The polymer or mixture of polymers without the antibacterial agent may be the same polymer or mixture of polymers. The antibacterial polymer may contain metal oxide particles introduced by crosslinking polymer chains.

Мембрана может быть встроена в стандартные устройства для фильтрации жидкости, например, устройства, описанные в обзоре иллюстративных материалов, представленном выше.The membrane may be incorporated into standard liquid filtration devices, such as those described in the illustrative review provided above.

Соответственно, еще один аспект данного изобретения включает устройство фильтрации жидкости, состоящее из половолоконной мембраны, как описано в первом аспекте данного изобретения, где мембрана помещается в устройство с хотя бы одним питающим каналом и хотя бы одним сливным каналом. Мембрана может быть помещена в устройство с несколькими отверстиями для залива, выхода и обратной промывки. Гидрофильный слой мембраны поддерживает капиллярное действие жидкости через отверстия в стенках волокна и направляет ее к просветам в волокнах и уменьшает необходимое давление при всасывании, давление при проходе или гравитационном напоре.Accordingly, another aspect of the present invention includes a liquid filtration device consisting of a hollow fiber membrane as described in the first aspect of the present invention, where the membrane is placed in a device with at least one supply channel and at least one drain channel. The membrane can be placed in a device with multiple openings for inlet, outlet and backwash. The hydrophilic layer of the membrane supports the capillary action of the liquid through the holes in the fiber walls and directs it to the gaps in the fibers and reduces the required suction pressure, passage pressure or gravity pressure.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Настоящее изобретение описано здесь путем примера и со ссылкой на следующие рисунки.The present invention is described here by way of example and with reference to the following drawings.

На рисунке 1 изображены полые волокна (2), концы волокон, закупоренные и загерметизированные (3), и герметическая модульная секция (4).Figure 1 shows hollow fibers (2), capped and sealed fiber ends (3), and a sealed module section (4).

На рисунке 2 показаны нанопоры на стенке волокна, через которые жидкость поступает во внутренний канал полого волокна (1) и полых волокон (2).Figure 2 shows nanopores on the fiber wall through which liquid enters the internal channel of the hollow fiber (1) and hollow fibers (2).

На рисунке 3 изображены нанопоры на стенке волокна, через которые жидкость поступает во внутренний канал полого волокна; (1), фильтрованная жидкость (5), полости в стенках волокна (6), гидрофильный слой (7), точка соприкосновения обоих слоев (8), пространство между жидкостью и волокном, образованное гидрофобным слоем (9), крупные частицы, сорные примеси, механические примеси (Ю), гидрофобный слой, обращенный к нефильтрованной жидкости (11), и нефильтрованная жидкость (12)Figure 3 shows nanopores on the fiber wall through which liquid enters the internal channel of the hollow fiber; (1), filtered liquid (5), cavities in the walls of the fiber (6), hydrophilic layer (7), point of contact of both layers (8), space between the liquid and fiber formed by the hydrophobic layer (9), large particles, impurities , mechanical impurities (U), hydrophobic layer facing the unfiltered liquid (11), and unfiltered liquid (12)

На рисунке 4 показаны нанопоры на стенках волокна, через которые поступает жидкость (1), полые волокна (2), концы волокон, закупоренные и загерметизированные (3), герметическая модульная секция (4), фильтрованная жидкость (5), полости в стенках волокна (6), гидрофильный слой (7), точка соприкосновения обоих слоев (8), пространство между жидкостью и волокном, образованное гидрофобным слоем (9), крупные частицы, сорные примеси, механические примеси (10), гидрофобный слой, обращенный к нефильтрованной жидкости (11), и нефильтрованная жидкость (12).Figure 4 shows nanopores on the fiber walls through which liquid enters (1), hollow fibers (2), plugged and sealed fiber ends (3), sealed modular section (4), filtered liquid (5), cavities in the fiber walls (6), hydrophilic layer (7), point of contact of both layers (8), space between the liquid and fiber formed by the hydrophobic layer (9), large particles, impurities, mechanical impurities (10), hydrophobic layer facing the unfiltered liquid (11), and unfiltered liquid (12).

На рисунке 5 изображены концы полых волокон, из которых выходит отфильтрованная жидкость (13), стенка герметической модульной секции (14), герметик между концами волокон (15).Figure 5 shows the ends of the hollow fibers from which the filtered liquid comes out (13), the wall of the sealed modular section (14), and the sealant between the ends of the fibers (15).

На рисунке 6 показано изображение стенки волокна в увеличенном масштабе, сделанное с помощью сканирующей растровой электронной микроскопии (РЭМ).Figure 6 shows an enlarged image of the fiber wall taken using scanning electron microscopy (SEM).

На рисунке 7 изображено поперечное сечение стенки волокна, сделанное с помощью РЭМ.Figure 7 shows a cross-section of the fiber wall taken using SEM.

На рисунке 8 показана диаграмма потока воды в динамике по времени, полученная в результате исследования 10 мембран, изготовленных в соответствии с настоящим изобретением.Figure 8 shows a graph of water flow over time obtained from a study of 10 membranes manufactured in accordance with the present invention.

На рисунке 9 показаны результаты антибактериального исследования волокнистого материала по настоящему изобретению.Figure 9 shows the results of an antibacterial study of the fibrous material of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРОДЕМОНСТРИРОВАННЫХ ВАРИАНТОВ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE DEMONSTRATED OPTIONS FOR APPLICATION OF THE INVENTION

Ниже предпочтительные варианты внедрения настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Перспективы и возможности настоящего изобретения и способы достижения этих перспектив и возможностей станут очевидны со ссылкой на примерные варианты осуществления, которые будут подробно описаны с отсылкой к прилагаемым чертежам. Однако настоящее изобретение не ограничивается приведенными и раскрытыми ниже вариантами осуществления, но может быть реализовано в различных формах. Вопросы, определенные в описании, такие, как подробная конструкция и элементы, не являются ничем кроме конкретных деталей, представленных для того, чтобы помочь специалистам в данной области техники в полном понимании изобретения, и примерные варианты внедрения определены только в пределах возможностей прилагаемой формулы изобретения. На чертежах размеры и относительные величины слоев и участков могут быть увеличены для ясности в пояснении.Below, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The prospects and possibilities of the present invention and methods for achieving these prospects and possibilities will become apparent with reference to exemplary embodiments, which will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments shown and disclosed below, but may be embodied in various forms. Matters defined in the specification, such as detailed construction and elements, are nothing other than specific details presented to assist those skilled in the art in fully understanding the invention, and exemplary embodiments are defined only within the scope of the appended claims. In the drawings, the dimensions and relative sizes of layers and sections may be enlarged for clarity of explanation.

Термин "на", который используется для обозначения того, что элемент находится на другом элементе, расположенном на другом слое, включает в себя как случай, когда элемент расположен непосредственно на другом элементе или слое, так и случай, когда элемент расположен на другом элементе через другой слой или еще один элемент. Напротив, термин "непосредственно на" означает, что элемент находится непосредственно на другом элементе или слое без вмешательства какого-либо другого элемента или слоя. Во всем описании настоящего изобретения одни и те же позиционные обозначения используются для одних и тех же элементов на различных чертежах. Кроме того, термин "и/или" включает в себя соответствующие описанные элементы и их комбинации.The term "on", which is used to indicate that an element is on another element located on another layer, includes both the case where the element is located directly on another element or layer and the case where the element is located on another element through another layer or another element. In contrast, the term "directly on" means that the element is directly on another element or layer without interference from any other element or layer. Throughout the description of the present invention, the same reference designations are used for the same elements throughout the various drawings. In addition, the term “and/or” includes the corresponding described elements and combinations thereof.

Пространственно-ориентационные формулировки «ниже», «выше», «верхний», и т.д, как изображено в рисунках, могут использоваться, чтобы облегчить описание отношений между элементом или составляющими элементами, и другим элементом, или другим составляющим элементом. Пространственно-ориентационные формулировки следует понимать как формулировки, которые включают в себя различные направления использования или функционирования элемента в дополнение к руководству, проиллюстрированному на чертежах.Spatial-orientational language "below", "above", "top", etc., as depicted in the figures, can be used to facilitate the description of the relationship between an element or constituent elements, and another element, or another constituent element. Spatial statements are to be understood as statements that include various directions of use or operation of an element in addition to the guidance illustrated in the drawings.

В последующем описании настоящего изобретения будет приведен примерный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на горизонтальную проекцию и боковую проекцию (разрез), которые являются идеальными схематическими изображениями. Форма, приводимая в качестве примера, может быть изменена с учетом производственных технологий и/или допустимых ошибок. Соответственно, примерные варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются их конкретной формой,приведенной в качестве примера, но предусматривают изменения в форме, вносимые в соответствии с производственными процессами.In the following description of the present invention, an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to a horizontal view and a side view (sectional view), which are ideal schematic representations. This example form may be subject to change due to production techniques and/or error tolerances. Accordingly, exemplary embodiments of the present invention are not limited to their specific exemplified form, but are subject to variations in form according to manufacturing processes.

Следовательно, места, изображенные на рисунках, имеют приблизительные размеры, а формы различных секторов на рисунках указаны примерно для каждого элемента, формы и сектора, и никаким образом не ограничивают сферу применения и предмет данного изобретения.Therefore, the places shown in the figures are approximate sizes, and the shapes of the various sectors in the figures are indicated approximately for each element, shape and sector, and do not in any way limit the scope and subject of this invention.

Ниже, со ссылкой на прилагаемые чертежи будет объяснен типичный пример конструкции половолоконной фильтрующей мембраны (в дальнейшем иногда называемой просто "мембраной") настоящего изобретения. РИС. 1 - увеличенная фотография поперечного сечения, перпендикулярного продольному направлению мембраны, и РИС. 2 - увеличенная фотография внутренней поверхности мембраны.Below, a typical example of the structure of the hollow fiber filter membrane (hereinafter sometimes referred to simply as "membrane") of the present invention will be explained with reference to the accompanying drawings. RICE. 1 is an enlarged photograph of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the membrane, and FIG. 2 - enlarged photograph of the inner surface of the membrane.

Мембрана, согласно настоящему изобретению, состоит из ряда полых волокон, каждое из которых имеет внутреннюю и внешнюю поверхность, и включает в себя сетчатую структуру, которая интегрально простирается от одной поверхности (например, внутренней поверхности) к другой поверхности (например, внешней поверхности), как показано на рис. 3. Сетчатая структура в мембране не имеет пустых участков полимера, таких, как пальцевидный структурный слой, имеющий полости и пустотный слой.The membrane according to the present invention consists of a number of hollow fibers, each of which has an inner and outer surface, and includes a network structure that integrally extends from one surface (for example, the inner surface) to another surface (for example, the outer surface), as shown in fig. 3. The network structure in the membrane does not have empty polymer sections, such as a finger-shaped structure layer having cavities and a void layer.

Мембрана настоящего изобретения содержит сетчатую структуру, имеющую анизотропию по диаметру пор, таким образом, что мембрана на своей наружной поверхности или вблизи наружной поверхности имеет слой с меньшим средним диаметром пор (далее - "средний диаметр пор наружной поверхности"), по сравнению со средним диаметром пор, расположенных на внутренней поверхности мембраны (далее - "средний диаметр пор внутренней поверхности"). Диаметр пор, как правило, постепенно увеличивается по направлению к внутренней поверхности мембраны. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения обеспечивается, что более 99% пор имеют размер указанного диаметра на внешней поверхности (здесь и далее называемого "средний диаметр пор наружной поверхности").The membrane of the present invention contains a network structure having an anisotropy in pore diameter such that the membrane on or near its outer surface has a layer with a smaller average pore diameter (hereinafter referred to as "average pore diameter of the outer surface"), compared to the average diameter pores located on the inner surface of the membrane (hereinafter referred to as the “average pore diameter of the inner surface”). The pore diameter, as a rule, gradually increases towards the inner surface of the membrane. In accordance with one embodiment of the invention, it is ensured that more than 99% of the pores have a specified diameter on the outer surface (hereinafter referred to as "average pore diameter of the outer surface").

Мембрана настоящего изобретения имеет пористость (содержание пустот) 70-90%, в том случае, когда материалом мембраны является полиэфирсульфон, и, в зависимости от содержания пустот, напряжение разрыва IS находится в диапазоне от 2 до 3,5 бар, и относительное удлинение при разрыве составляет до 70%.The membrane of the present invention has a porosity (void content) of 70-90% when the membrane material is polyethersulfone, and depending on the void content, the breaking stress IS is in the range of 2 to 3.5 bar, and the elongation at the gap is up to 70%.

В качестве материалов для половолоконной мембраны данного изобретения можно указать, например, полимеры полисульфона, полиэфирсульфона, поливинилиденфторида, полиакрилонитрила, полиметакриловой кислоты, полиимида, полиэфирамида, и ацетилцеллюлозы. Особенно предпочтительными являются ароматические полисульфоны, полиакрилонитрильные сополимеры, поливинилиденфторид и ароматические полиэфиримиды. Ряд полиэфирсульфона является особо предпочтительным.As materials for the hollow fiber membrane of the present invention, polymers of polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethacrylic acid, polyimide, polyetheramide, and cellulose acetate can be mentioned, for example. Particularly preferred are aromatic polysulfones, polyacrylonitrile copolymers, polyvinylidene fluoride and aromatic polyetherimides. The polyethersulfone series is particularly preferred.

В другом аспекте настоящего изобретения также описано фильтрующее устройство для фильтрации жидкости, содержащее половолоконную мембрану согласно изобретению, где мембрана размещена в оболочке с, по меньшей мере, одним подающим каналом и, по меньшей мере, одним сливным каналом. В соответствии с замыслом изобретения, гидрофильный слой мембраны поддерживает капиллярное воздействие жидкости через отверстия на стенках волокон в направлении полости волокон и уменьшает норму всасывающего давления, проходного давления и гравитационного напора.Another aspect of the present invention also describes a filter device for filtering liquid containing a hollow fiber membrane according to the invention, where the membrane is housed in a shell with at least one supply channel and at least one drain channel. In accordance with the concept of the invention, the hydrophilic layer of the membrane supports the capillary action of liquid through the holes on the walls of the fibers in the direction of the cavity of the fibers and reduces the rate of suction pressure, flow pressure and gravitational pressure.

В сущности, антимикробную половолоконную мембрану получают путем формования полимерной смеси с высокой скоростью вращения, размещая указанную полимерную смесь по окружности базовых полимеров, где полимерная смесь содержит 3% антимикробного внедренного полиэфирсульфона 6020р в основном полиэфирсульфоне, не содержащем антимикробного вещества, что делает антимикробной около 99,9% площади поверхности конечного продукта. Поскольку антимикробный внедренный полимер имеет более высокую плотность, центробежная сила выталкивает его наружу и помещает на окружность основного полимера, что снижает стоимость производства продукта. Антимикробный полимер разрабатывают химическим путем встраиванием частиц оксида металла в полимеры посредством сшивания между полимерными цепями. При этом образуется антимикробный по своей природе полимер, присущие которому антимикробные свойства никогда не выщелачиваются и не мигрируют из полимера в какое-либо другое контактирующее вещество.Essentially, an antimicrobial hollow fiber membrane is made by spinning a polymer mixture at high speed, placing said polymer mixture around the circumference of the base polymers, where the polymer mixture contains 3% antimicrobial embedded polyethersulfone 6020r in the base polyethersulfone containing no antimicrobial agent, making the antimicrobial about 99. 9% surface area of the final product. Because the antimicrobial embedded polymer has a higher density, centrifugal force forces it out and onto the circumference of the base polymer, reducing the cost of manufacturing the product. Antimicrobial polymer is developed by chemically incorporating metal oxide particles into polymers through cross-linking between polymer chains. This creates a polymer that is antimicrobial in nature, the inherent antimicrobial properties of which never leach out or migrate from the polymer to any other contacting substance.

Примеры настоящего изобретения будут показаны ниже, но настоящее изобретение не ограничивается этими примерами. Методы исследования свойств следующие:Examples of the present invention will be shown below, but the present invention is not limited to these examples. The methods for studying properties are as follows:

Мембраны из полых волокон, используемые в качестве образцов для исследования свойств, находятся в состоянии достаточной пропитки водой. Что касается мембраны, полученной с использованием поливинилпирролидона в качестве добавки, то мембрану погружали в водный раствор гипохлорита натрия и затем промывали горячей водой, получая мембрану, в которой по существу не было поливинилпирролидона.Hollow fiber membranes used as samples for properties studies are in a state of sufficient water impregnation. As for the membrane obtained using polyvinylpyrrolidone as an additive, the membrane was immersed in an aqueous solution of sodium hypochlorite and then washed with hot water, obtaining a membrane that was substantially free of polyvinylpyrrolidone.

Проходимость воды через мембрану из полых волокон выражается количеством отфильтрованной воды 25 градусов по Цельсию, которое прошло через образец полого волокна.Water permeability through a hollow fiber membrane is expressed by the amount of 25 degrees Celsius filtered water that passed through the hollow fiber sample.

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

Хотя предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны с целью иллюстрации, специалистам в данной области техники будет очевидно, что в настоящее изобретение могут быть внесены изменения, дополнения и замены без отклонения от сущности или объема изобретения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает модификации и вариации данного изобретения при условии, что они входят в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.Although preferred embodiments of the present invention have been described for purposes of illustration, those skilled in the art will appreciate that changes, additions, and substitutions may be made to the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Thus, the present invention is intended to cover modifications and variations of the present invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

Устройство по настоящему изобретению представляет собой половолоконную мембрану со встроенной антибактериальной функцией. Мембрана получила существенное изменение в микрометрическом масштабе, что привело к антисептическим и антибактериальным свойствам. Адгезия и пролиферация бактерий на поверхности объекта замедляются, и количество микроорганизмов и бактерий сильно уменьшается. Эта антисептическая/антимикробная природа материала является свойством мембраны полимера, которое никогда не мигрирует/выщелачивается фильтрованной жидкостью и никогда не уменьшается со временем.The device of the present invention is a hollow fiber membrane with a built-in antibacterial function. The membrane received a significant change on a micrometric scale, which led to antiseptic and antibacterial properties. The adhesion and proliferation of bacteria on the surface of the object is slowed down, and the number of microorganisms and bacteria is greatly reduced. This antiseptic/antimicrobial nature of the material is a property of the polymer membrane that never migrates/leaches into the filtered liquid and never decreases over time.

Полое волокно состоит из двух слоев. Внешний слой является гидрофобным, а внутренний слой по своей природе гидрофильный. Гидрофобный слой никогда не позволяет воде войти в физический контакт с мембраной, следовательно, останавливает сцепление любого вида с ней. Гидрофобный слой делает воздухозабор минимальным, поскольку наружное прохождение воздуха облегчается отсутствием слоя воды снаружи, следовательно, уменьшая требуемое всасывающее давление и увеличивая поток жидкости. При этом внутренний гидрофильный слой поддерживает капиллярное воздействие жидкости через отверстия на стенках волокон в направлении полости волокон, тем самым уменьшая требуемое всасывающее давление, проходное давление или гравитационный напор. Жидкость течет во внешней ориентации, т.е. фильтрация происходит, когда жидкость снаружи стенки волокна проходит через ее отверстие и отфильтрованная жидкость выходит из полого конца волокна. Следовательно, удерживание нефильтрованной жидкости снаружи стенок волокна и удерживание фильтрованной жидкости внутри полого волокна делают мембрану настоящего изобретения единственной мембраной, используемой с наружным направлением потока и имеющей гидрофобный слой снаружи и гидрофильный слой внутри.Hollow fiber consists of two layers. The outer layer is hydrophobic and the inner layer is hydrophilic in nature. The hydrophobic layer never allows water to come into physical contact with the membrane, therefore stopping any kind of adhesion to it. The hydrophobic layer makes air intake minimal as external air passage is facilitated by the absence of a layer of water on the outside, hence reducing the required suction pressure and increasing fluid flow. In this case, the inner hydrophilic layer maintains the capillary action of liquid through the holes on the fiber walls towards the cavity of the fibers, thereby reducing the required suction pressure, flow pressure or gravity pressure. The fluid flows in an outer orientation, i.e. filtration occurs when liquid from the outside of the fiber wall passes through its opening and the filtered liquid exits the hollow end of the fiber. Therefore, retaining the unfiltered liquid outside the fiber walls and retaining the filtered liquid inside the hollow fiber makes the membrane of the present invention the only membrane used with an external flow direction and having a hydrophobic layer on the outside and a hydrophilic layer on the inside.

Поры на стенках волокон могут иметь размеры в пределах от 0,1 нм до 25 нм. Жидкость, особенно вода, фильтруется, когда проходит в полость волокна из отверстий в стенках волокна снаружи. Волокна образуют дугообразные мембранные модули с открытыми концами, запечатанные и поддерживаемые таким образом, что дугообразная сторона всегда обращена к жидкости, поступающей для фильтрации, и отфильтрованная жидкость всегда выходит через открытые концы волокон. Пористость волокон находится в диапазоне от 70% до 90%.Pores on the fiber walls can have sizes ranging from 0.1 nm to 25 nm. Liquid, especially water, is filtered as it passes into the fiber cavity from openings in the fiber walls on the outside. The fibers form arcuate open-ended membrane modules, sealed and supported such that the arcuate side always faces the liquid entering for filtration and the filtered liquid always exits through the open ends of the fibers. The porosity of the fibers ranges from 70% to 90%.

Антимикробный внедренный полимер разрабатывают путем химического связывания частиц оксида металла в полимерном ультрадисперсном полиэфирсульфоне марки BASF, производящей действительно антимикробный полимер, антимикробные свойства которого никогда не вымываются и никогда не мигрируют из полимера в любое другое вещество, контактирующее с поверхностью полимера, в отличие от существующих антимикробных мембран, на поверхности которых антимикробность была создана путем ее покрытия антимикробным веществом, которое может вымываться и загрязнять входящие с ним в контакт вещества. Полиэфирсульфон полимер, из которого изготавливают полые волокна мембраны.The antimicrobial embedded polymer is developed by chemically bonding metal oxide particles in a BASF brand of ultrafine polyethersulfone polymer, producing a truly antimicrobial polymer whose antimicrobial properties never wash out and never migrate from the polymer to any other substance in contact with the surface of the polymer, unlike existing antimicrobial membranes , on the surface of which antimicrobial properties have been created by coating it with an antimicrobial substance that can wash out and contaminate substances that come into contact with it. Polyethersulfone is a polymer from which hollow fiber membranes are made.

Пористость достигается в процессе изготовления половолоконной мембраны. Способ предполагает использование 2 резервуаров, соединенных с фильерой через расходомерные трубки с шестеренчатым насосом. Резервуар для уплотнительного раствора и резервуар для осаждающего раствора. Полимеры смешивают с растворителем, и они полностью растворяются в резервуаре для уплотнительного раствора. Как только через фильеру начинает идти поток уплотнительного и осаждающего раствора (называемого также осадителем), начинается процесс фазовой инверсии (полимер, который был растворен в растворителе, теперь начнет затвердевать). Это явление можно объяснить простым процессом массопереноса, как только осадитель и растворитель вступают в контакт, взаимодействие между ними срабатывает как движущая сила, выталкивающая растворенный основной полимер из растворителя и, что приводит к его повторному затвердеванию. Во время этого процесса поры создаются из-за мгновенного (очень короткого, менее секунды) демикширования, слишком короткого для полного затвердевания полимера. Следовательно, по мере того, как полимер начинает выходить из растворителя и затвердевать, мгновенное демикширование приводит к некоторым разрывам в затвердевающей полимерной структуре и этими разрывами (промежутками), в конечном счете, являются поры, и вся эта совокупность пор придает волокну пористость. Процесс формирования волокна осуществляют при 50 градусах Цельсия, при атмосферном давлении, и при работе фильеры 500 об/мин. 3% от общей массы полимера получают из полимера с внедренными антибактериальными свойствами, в то время как 97% является полимером без внедренных антибактериальных свойств.Porosity is achieved during the manufacturing process of the hollow fiber membrane. The method involves the use of 2 reservoirs connected to the die through flow tubes with a gear pump. Reservoir for sealing solution and reservoir for settling solution. The polymers are mixed with a solvent and are completely dissolved in the sealant reservoir. As soon as the sealing and precipitating solution (also called precipitant) begins to flow through the die, the process of phase inversion begins (the polymer that was dissolved in the solvent will now begin to solidify). This phenomenon can be explained by a simple mass transfer process, once the precipitant and solvent come into contact, the interaction between them acts as a driving force to push the dissolved base polymer out of the solvent, resulting in its resolidification. During this process, pores are created due to the instantaneous (very short, less than a second) demixing, which is too short for the polymer to fully cure. Consequently, as the polymer begins to leave the solvent and solidify, the instantaneous demixing results in some discontinuities in the solidifying polymer structure and these discontinuities (gaps) are ultimately pores, and it is this entire collection of pores that gives the fiber its porosity. The fiber formation process is carried out at 50 degrees Celsius, at atmospheric pressure, and with the spinneret operating at 500 rpm. 3% of the total polymer mass is derived from a polymer with embedded antibacterial properties, while 97% is a polymer without embedded antibacterial properties.

Пример 2: Формирование порExample 2: Pore Formation

Уплотнительный раствор / полимерный раствор создан с помощью смешивания компонентов, указанных в таблице ниже. Нижеописанный осаждающий раствор / внутренний раствор был добавлен в смесь и хорошо размешан. Затем, смесь прошла через фильеру вместе с водой для формирования полых волокон.The sealing solution/polymer solution is created by mixing the components listed in the table below. The following precipitating solution/inner solution was added to the mixture and mixed well. The mixture was then passed through a spinneret along with water to form hollow fibers.

Уплотнительный раствор / Полимерный растворSealing solution / Polymer solution

Полиэфирсульфон 15%Polyethersulfone 15%

Полиэфирсульфон Ультрасон® Е6020РPolyethersulfone Ultrason® E6020Р

Полиэтиленгликоль 38%Polyethylene glycol 38%

Хлорид Лития 1.5%Lithium Chloride 1.5%

Н2О 2%H2O 2%

Н-метил-2-Пирролидон 43.5%N-methyl-2-pyrrolidone 43.5%

Осаждающий раствор / Внутренний растворPrecipitating solution / Internal solution

Полиэтиленгликоль (9:1)Polyethylene glycol (9:1)

КоагулянтCoagulant

100% вода100% water

Посредством тестирования и благодаря сопоставительному анализу эффективности данных волокон было обнаружено, что волокна, созданные с использованием вышеописанного процесса, по качеству гораздо превосходят волокна, используемые в настоящее время и описанные в иллюстративных материалах выше.Through testing and benchmarking the performance of these fibers, it has been found that fibers created using the process described above are far superior to the fibers currently in use and described in the illustrative materials above.

Когда полиэтиленгликоль используется в качестве осаждающего раствора и для формирования пор в уплотнителе, благодаря высокой вязкости и текучести он придает определенные структурные качества образовывающимся волокнам. В особенности, волокна обычно имеют хорошо выраженную пальцеобразную пористую структуру, и поэтому имеют прямые и хорошо выраженные каналы по всей толщине волокна, как показано на Рис. 6 и Рис. 7, рисунке, где показана толщина стенки с помощью технологии РЭМ (Растровой сканирующей электронной микроскопии), где волокна изучаются в местах поперечного сечения.When polyethylene glycol is used as a precipitating solution and to form pores in the sealant, due to its high viscosity and fluidity, it imparts certain structural properties to the resulting fibers. In particular, the fibers usually have a well-defined finger-like porous structure, and therefore have straight and well-defined channels throughout the thickness of the fiber, as shown in Fig. 6 and Fig. 7, figure, which shows the wall thickness using SEM (Raster Scanning Electron Microscopy) technology, where the fibers are studied at cross-sectional locations.

Проходимость Чистой Воды (ПЧВ): Проходимость чистой воды, также известна под названием поток чистой воды, определяется объемом воды, который проходит через мембрану за единицу времени, на единицу площади и единицу междумембранного давления. Это свойство указывает на усилия, необходимые для создания проходимости в мембране и может быть использовано для сравнения начальной производительности мембраны. Этот анализ, однако, не предоставляет никаких данных по производительности материала в течение длительных периодов времени, поэтому полезно также смотреть на Критический поток воды (см. Перссон, Кеннет М., Вассилис Гекас и Гун Трагард. «Изучение уплотнения мембран и его влияние на проходимость воды во время ультрафильтрации». Журнал Мембраны и мембранные технологии 100, выпуск 2 (1995): 155-162).Pure Water Permeability (PWP): Pure water permeability, also known as pure water flux, is determined by the volume of water that passes through a membrane per unit time, per unit area, and per unit intermembrane pressure. This property indicates the effort required to create permeability in the membrane and can be used to compare the initial performance of the membrane. This analysis, however, does not provide any data on the performance of the material over long periods of time, so it is useful to also look at the Critical Water Flow (see Persson, Kenneth M., Vassilis Gekas and Gun Tragard. "Studying membrane compaction and its effect on permeability water during ultrafiltration." Journal of Membranes and Membrane Technologies 100, Issue 2 (1995): 155-162).

Критический Поток Воды (КПВ): Либо поток воды, при котором междумембранное давление начинает отклоняться от линии чистой воды (сильная форма критического потока), либо когда первый поток воды образует необратимое загрязнение на поверхности мембраны. Критический поток может иметь такое общее определение: «первый» поток воды, при котором загрязнение становится преобладающим; он отличается от Ограничивающего потока («последний» доступный поток воды), (см. Баччин, Патрис, Пьер Аймар и Роберт В. Филд «Критический и устойчивый поток: теория, эксперименты и применение». Журнал Мембраны и мембранные технологии 281, номер 1-2 (2006): 32-69).Critical Water Flow (CWF): Either the flow of water at which the intermembrane pressure begins to deviate from the pure water line (a strong form of critical flow) or when the first flow of water forms irreversible fouling on the membrane surface. The critical flow may have the following general definition: the “first” flow of water at which contamination becomes predominant; it is different from the Limiting Flow (the "last" available water flow), (see Bacchin, Patrice, Pierre Aymard, and Robert W. Field, "Critical and Steady Flow: Theory, Experiments, and Applications." Journal of Membranes and Membrane Technologies 281, no. 1 -2 (2006): 32-69).

Было создано и использовано 10 отдельных образцов волокон, сделанных в соответствии с вышеописанным методом, для 10 различных мембран. Мембраны затем прошли тестирование для установления Проходимости Чистой Воды (ПЧВ) и Критического Потока Воды (КПВ). Мембраны были проверены следующим образом:10 separate fiber samples made according to the method described above were created and used for 10 different membranes. The membranes were then tested to establish Clean Water Permeability (PWP) and Critical Water Flow (CWF). The membranes were tested as follows:

Эксперименты с проходимостью чистой воды были проведены с использованием деионизированной воды. Каждый модуль был погружен в деионизированную воду на 24 часа, а затем проводился эксперимент длительностью 1,5 часа для устранения эффекта остаточного глицерина на половолоконной мембране перед забором образца. Фильтрационное устройство УФ разработано для оценки проходимости чистой воды и коэффициента задержания белков, что подробно показано (см. К.С. Фенг, Б. Ши, Г. Ли, Я. By, Подготовка и свойства микропористой мембраны из поливинилидена фторида оксида углерода-тетрафторэтилена) (F2.4) для дистилляции мембраны, Журнал Мембраны и мембранные технологии 237 (2004) 15-24). Междумембранное давление в размере 1 бара и исходный раствор при температуре 20 градусов по Цельсию, все эксперименты были проведены в модулях из полых волокон с системой перекрестных потоков. Два модуля были подготовлены для каждого образца с полыми волокнами.Pure water permeability experiments were conducted using deionized water. Each module was immersed in deionized water for 24 hours, followed by a 1.5 hour experiment to eliminate the effect of residual glycerol on the hollow fiber membrane before sample collection. The UV filtration device is designed to evaluate the permeability of pure water and the protein retention rate, which is shown in detail (see K. S. Feng, B. Shi, G. Li, Y. Wu, Preparation and properties of microporous polyvinylidene fluoride carbon monoxide-tetrafluoroethylene membrane ) (F2.4) for membrane distillation, Journal of Membranes and Membrane Technologies 237 (2004) 15-24). With an intermembrane pressure of 1 bar and a feed solution at 20 degrees Celsius, all experiments were carried out in hollow fiber modules with a cross-flow system. Two modules were prepared for each hollow fiber sample.

Проходимость чистой воды была получена следующим образом:The permeability of clean water was obtained as follows:

Когда чистая вода проходит через мембрану и производится расчет параметров с использованием уравнения, приведенного выше, каждый параметр сводиться в таблицу и создается диаграмма соотношения времени и параметров. Для длительного периода времени (в нашем случае это более 5 часов), проходимость чистой воды начинает стабилизироваться и выражать значение критического потока воды для мембраны. Аппарат, используемый для тестирования проходимости чистой воды на волокнах, может быть представлен следующей схемой:When pure water passes through the membrane and the parameters are calculated using the equation above, each parameter is tabulated and a time-parameter diagram is created. For a long period of time (in our case it is more than 5 hours), the permeability of pure water begins to stabilize and express the value of the critical water flow for the membrane. The apparatus used to test the permeability of pure water on fibers can be represented by the following diagram:

Результаты и важные условия теста предоставлены в Таблице 1, приведенной ниже. Тест был осуществлен при нормальной температуре и давлении.The results and important test conditions are provided in Table 1 below. The test was carried out at normal temperature and pressure.

В Таблице 2 предоставлен обзор Потока чистой воды при 5-минутных интервалах в течение 120-минутного периода для каждой мембраны. Результаты описаны на Рисунке 8.Table 2 provides an overview of the Clean Water Flow at 5 minute intervals over a 120 minute period for each membrane. The results are described in Figure 8.

Из этих результатов видно, что существует определенная последовательность для всех образцов. Также, можно сделать вывод, что первоначальная проходимость чистой воды выше по сравнению со стандартными волокнами. Однако после длительного тестирования параметры начинают ухудшаться и стабилизируются в одной точке (где график становится прямым и следует кривой постоянного склона), что определяет критический поток воды для каждой мембраны, а значение критического поток воды используется в качестве расчетного коэффициента, когда такие мембраны находят практическое применение. Однако можно заметить, что во всех образцах критический поток воды колеблется между значениями 800 и 900 л/м2/час, что является преимуществом волокон, описанных в данном изобретении, так как в таком случае требуется меньше давления для протока такого же количества воды через волокна по сравнению со стандартными вариантами, что помогает уменьшить затраты.From these results it is clear that there is a certain consistency for all samples. It can also be concluded that the initial permeability of pure water is higher compared to standard fibers. However, after prolonged testing, the parameters begin to deteriorate and stabilize at one point (where the graph becomes straight and follows a constant slope curve), which determines the critical water flux for each membrane, and the value of the critical water flux is used as a design factor when such membranes are put into practical use . However, it can be noted that in all samples the critical water flow fluctuates between 800 and 900 l/m2/h, which is an advantage of the fibers described in this invention, since in this case less pressure is required to flow the same amount of water through the fibers. compared to standard options, which helps reduce costs.

Пример 3: Тестирование антибактериальных свойств поверхности волокон мембраныExample 3: Testing the Antibacterial Properties of the Surface of Membrane Fibers

Мембрана из полых волокон была создана в соответствии с Примером 2, но внутрь полимера была добавлена соль цинка.A hollow fiber membrane was created in accordance with Example 2, but a zinc salt was added inside the polymer.

Затем мембрана прошла проверку на возможность блокирования двух типов бактерий (Кишечная палочка или Escherichia Coli АТСС 8739 (грамотрицательная) и Золотистый стафилококк или Staphylococcus Aureus 6538 (грамположительный)) с использованием стандартных международных методов оценки антибактериальных свойств поверхности полимеров. Результаты можно найти в рисунках бактериальных культур, выращенных на чашках Петри и показанных на Рис.9. Результаты приведены ниже.The membrane was then tested to block two types of bacteria (Escherichia Coli ATCC 8739 (Gram-negative) and Staphylococcus Aureus 6538 (Gram-positive)) using standard international methods for assessing the antibacterial properties of polymer surfaces. The results can be found in the drawings of bacterial cultures grown on Petri dishes and shown in Fig. 9. The results are shown below.

Таблица 3Table 3

По таблице можно увидеть, что зона блокирования бактерий в тестах, которые проводились на полимерном волокне (например, полимер с солью цинка) совпадают с геометрией образца волокна, помещенного в чашу Петри; здесь показано почти полное устранение бактерий на порциях диска, где было применено волокно. Это подтверждается уменьшением КОЕ/мл, что представлено в Таблице 3 для первоначального инокулума по сравнению со значением для крученого полимерного волокна.From the table you can see that the bacteria blocking zone in tests that were carried out on polymer fiber (for example, polymer with zinc salt) coincides with the geometry of the fiber sample placed in a Petri dish; This shows almost complete elimination of bacteria on portions of the disc where fiber was applied. This is confirmed by the decrease in CFU/ml, which is presented in Table 3 for the original inoculum compared to the value for the twisted polymer fiber.

Аналитический метод:Analytical method:

Полое волокно, полученное в результате кручения антибактериального полимера Полиэфирсульфона, подготовлено в соответствии с вышеприведенным описанием, было проанализировано для определения эффективности полимера против основных штаммов микроорганизмов, определенных законодательством, определяющем стандарты для пластика, который контактирует с кожей.Hollow fiber spun antibacterial polymer Polyethersulfone, prepared as described above, was analyzed to determine the effectiveness of the polymer against the major strains of microorganisms defined by legislation defining standards for plastics that come into contact with the skin.

Продукт был проанализирован с использованием 2 штаммов микроорганизмов (Кишечная палочка или Escherichia Coli АТСС 8739 (грамотрицательная) и Золотистый стафилококк или Staphylococcus Aureus 6538 (грамположительный)) с использованием стандартных международных методов оценки антибактериальных свойств непористой пластиковой поверхности.The product was analyzed using 2 strains of microorganisms (E. coli or Escherichia Coli ATCC 8739 (Gram-negative) and Staphylococcus aureus or Staphylococcus Aureus 6538 (Gram-positive)) using standard international methods for assessing the antibacterial properties of non-porous plastic surfaces.

Создан первоначальный инкубационный контрольный полимер МИКРОБНЫЙ инокулум при температуре 37° по Цельсию, Уменьшение штаммов бактерий (КОЕ/мл) за 24 ч (КОЕ/мл) (КОЕ/мл) уменьшение количества микроорганизмов Vo Escherichia (Кишечная палочка) 2.5×106 6.2×107 1.0×107 0.79 83.87% coli Staphylococcus (Стафилококк золотистый) 1.7×106 2.3×107 1.4×106 1.2 93.91% AureusAn initial incubation control polymer was created MICROBIAL inoculum at a temperature of 37° Celsius, Reduction of bacterial strains (CFU/ml) in 24 hours (CFU/ml) (CFU/ml) reduction of the number of microorganisms Vo Escherichia (Escherichia coli) 2.5 × 106 6.2 × 107 1.0×107 0.79 83.87% coli Staphylococcus (Staphylococcus aureus) 1.7×106 2.3×107 1.4×106 1.2 93.91% Aureus

Первоначальный бактериальный раствор был разбавлен для того, чтобы добиться известной бактериальной концентрации, выраженной колонией формирующихся групп КОЕ/мл. Проанализированные волокна были поделены на части для обеспечения оптимальных размеров для проведения анализа. Эти части были обработаны против микробных штаммов, покрыты стерильной полиэтиленовой пленкой и помещены в инкубатор при температуре 37±1°С на 24 часа. В конце инкубационного периода образцы были промыты нейтрализующим раствором, на котором было обнаружено число микробов.The initial bacterial solution was diluted to achieve a known bacterial concentration, expressed as colony nascent groups of CFU/ml. The analyzed fibers were divided into parts to ensure optimal sizes for analysis. These parts were treated against microbial strains, covered with sterile polyethylene film and placed in an incubator at 37±1°C for 24 hours. At the end of the incubation period, the samples were washed with a neutralizing solution, on which the number of microbes was detected.

Полученные результаты показали, что после 24 часов инкубации при 37 градусах по Цельсию, полимеры, обработанные цинком, уменьшили количество бактерий на 83.870 (в случае с кишечной палочкой Escherichia coli) и на 93.91%) (в случае с Золотистым стафилококком Staphylococcus aureus)The results showed that after 24 hours of incubation at 37 degrees Celsius, the zinc-treated polymers reduced the number of bacteria by 83.870 (in the case of Escherichia coli) and by 93.91%) (in the case of Staphylococcus aureus).

Рисунок 9. Объяснение:Figure 9. Explanation:

Как показано на рисунке, всего было взято 6 чаш Петри - 2 набора по 3 штуки.As shown in the figure, a total of 6 Petri dishes were taken - 2 sets of 3 pieces.

Три чаши сверху были пропитаны нано частицами серебра для антибактериального эффекта, а три чаши снизу были оснащены образцом волокон из данного изобретения (мембраны из крученого полого волокна). Как видно на рисунке, нано частицы серебра вымылись в трех чашах Петри и мигрировали вне пределов вещества для устранения бактерий вокруг образца. Однако рост бактерий на трех нижних чашах Петри был заблокирован на поверхности образца, что подкрепляет доказательствами утверждение, что вещество с антибактериальными свойствами не вымывается из материала, используемого в данном изобретении.The three bowls on top were impregnated with nano silver particles for an antibacterial effect, and the three bowls on the bottom were equipped with a sample of fibers from this invention (spun hollow fiber membranes). As can be seen in the figure, silver nanoparticles washed out in three Petri dishes and migrated outside the substance to eliminate bacteria around the sample. However, the growth of bacteria on the three lower Petri dishes was blocked on the surface of the sample, which provides evidence to support the claim that the substance with antibacterial properties is not leached from the material used in this invention.

Claims (36)

1. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами для фильтрации жидкостей, содержащая множество пористых полых мембранных волокон, причем полые мембранные волокна включают полимер или смесь полимеров, включающую антимикробное вещество, физически заключенное и химически связанное в месте образования перекрестных связей между цепочками полимеров, придавая волокнам антимикробную природу, и при этом половолоконная мембрана выполнена так, чтобы жидкость затекала снаружи волокон мембраны и проходила через пористую мембрану внутрь и вдоль полости волокон, чтобы ретентат оставался снаружи мембраны и чтобы отфильтрованная жидкость (фильтрат) вытекала из полого конца волокон. 1. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties for filtering liquids, comprising a plurality of porous hollow membrane fibers, wherein the hollow membrane fibers include a polymer or mixture of polymers including an antimicrobial substance physically enclosed and chemically bonded at the site of cross-linking between the polymer chains, giving the fibers antimicrobial nature, and at the same time the hollow fiber membrane is designed so that the liquid flows from the outside of the fibers of the membrane and passes through the porous membrane into and along the cavity of the fibers, so that the retentate remains outside the membrane and so that the filtered liquid (filtrate) flows out from the hollow end of the fibers. 2. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по п. 1, где полые волокна формируются из полимера или из термореактивного полимера. 2. The hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to claim 1, wherein the hollow fibers are formed from a polymer or a thermoset polymer. 3. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по п. 1 или 2, где полимер или смесь полимеров, из которых образованы полые мембранные волокна, состоит из или содержит от 12 до 25% полиэфирсульфона, или 5-20% поливинилпирролидона, или 70-90% раствора Н-метил-пирролидона, или 10-45% полиэтиленгликоля, или же волокна содержат поликарбонаты, полиамиды и водный изопропил или любую комбинацию вышеописанных веществ. 3. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to claim 1 or 2, wherein the polymer or mixture of polymers from which the hollow membrane fibers are formed consists of or contains from 12 to 25% polyethersulfone, or 5-20% polyvinylpyrrolidone, or 70 -90% N-methylpyrrolidone solution, or 10-45% polyethylene glycol, or fibers containing polycarbonates, polyamides and aqueous isopropyl or any combination of the above substances. 4. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по п. 1 или 2, где волокна состоят из или содержат 10-25% полисульфона или 5-15% поливинилпирролидона. 4. The hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to claim 1 or 2, wherein the fibers consist of or contain 10-25% polysulfone or 5-15% polyvinylpyrrolidone. 5. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по п. 1 или 2, где волокна состоят из или содержат 3-25% полиэфирсульфона или 5-15% поливинилпирролидона. 5. The hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to claim 1 or 2, wherein the fibers consist of or contain 3-25% polyethersulfone or 5-15% polyvinylpyrrolidone. 6. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 1-5, где волокна формируют однослойную мембрану. 6. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 1-5, where the fibers form a single-layer membrane. 7. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 1-5, где волокна формируют мембрану из более чем одного слоя. 7. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 1-5, where the fibers form a membrane of more than one layer. 8. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 1-5, где волокна формируют двухслойную мембрану. 8. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 1-5, where the fibers form a two-layer membrane. 9. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по п. 6, где однослойная мембрана либо гидрофильная, либо гидрофобная. 9. The hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to claim 6, wherein the single layer membrane is either hydrophilic or hydrophobic. 10. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по п. 8, где двухслойная мембрана либо гидрофильная, либо гидрофобная. 10. The hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to claim 8, wherein the two-layer membrane is either hydrophilic or hydrophobic. 11. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 6-8, где внешняя сторона или стенка слоя мембраны гидрофобная, а внутренняя сторона или стенка слоя мембраны гидрофильная. 11. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 6-8, where the outer side or wall of the membrane layer is hydrophobic and the inner side or wall of the membrane layer is hydrophilic. 12. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 9-11, где гидрофобный слой уменьшает необходимость накопления воздуха и давление при всасывании. 12. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 9-11, where the hydrophobic layer reduces the need for air accumulation and suction pressure. 13. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 9-12, где гидрофобный слой увеличивает поток воды. 13. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 9-12, where the hydrophobic layer increases water flow. 14. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 9-13, где гидрофильный слой поддерживает капиллярное действие жидкости через поры на стенках волокна в направлении полости волокон и уменьшает необходимое давление при всасывании, давление при проходе или гравитационном напоре. 14. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 9-13, where the hydrophilic layer maintains the capillary action of the liquid through the pores on the fiber walls towards the cavity of the fibers and reduces the required suction pressure, passage pressure or gravity pressure. 15. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 1-14, где мембрана является моющейся. 15. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 1-14, where the membrane is washable. 16. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 1-15, где половолоконная мембрана содержит волокна, имеющие диапазон пористости от 80 до 90% от объема стенки волокна. 16. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 1-15, where the hollow fiber membrane contains fibers having a porosity range from 80 to 90% of the fiber wall volume. 17. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 1-16, отличающаяся тем, что поры половолоконной мембраны находятся в диапазоне от 0,1 до 25 нм в диаметре. 17. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 1-16, characterized in that the pores of the hollow fiber membrane are in the range from 0.1 to 25 nm in diameter. 18. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 1-16, отличающаяся тем, что поры половолоконной мембраны находятся в диапазоне от 50 до 150 нм в диаметре для использования под всасывающим давлением. 18. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 1-16, characterized in that the pores of the hollow fiber membrane are in the range of 50 to 150 nm in diameter for use under suction pressure. 19. Половолоконная мембрана, обладающая неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 1-18, в которой полые волокна образуют дугообразный мембранный модуль с открытыми концами, где жидкость, поступающая в мембрану для фильтрации, и фильтрованная жидкость выходят через открытые концы волокон. 19. A hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties according to any one of claims. 1-18, in which the hollow fibers form an arcuate membrane module with open ends, where the liquid entering the membrane for filtration and the filtered liquid exit through the open ends of the fibers. 20. Половолоконная мембрана, обладающая антимикробными свойствами, по п. 1, отличающаяся тем, что антимикробное вещество представляет собой оксид металла, соль металла или металл, например соль цинка. 20. The hollow fiber membrane having antimicrobial properties according to claim 1, characterized in that the antimicrobial substance is a metal oxide, a metal salt or a metal, for example a zinc salt. 21. Половолоконная мембрана, обладающая антимикробными свойствами, по п. 20, отличающаяся тем, что антимикробное вещество встроено в полимер или смесь полимеров. 21. Hollow fiber membrane with antimicrobial properties according to claim 20, characterized in that the antimicrobial substance is built into a polymer or a mixture of polymers. 22. Половолоконная мембрана, обладающая антимикробными свойствами, по любому из пп. 20 или 21, в которой полимер или смесь полимеров с антимикробным веществом составляют от 2 до 5% веса волокна. 22. Hollow fiber membrane having antimicrobial properties, according to any one of paragraphs. 20 or 21, in which the polymer or mixture of polymers with an antimicrobial substance constitutes from 2 to 5% by weight of the fiber. 23. Половолоконная мембрана, обладающая антимикробными свойствами, по любому из пп. 20-22, дополнительно включающая полимер или смесь полимеров, в котором или в которой отсутствует антимикробное вещество, в количестве от 95 до 98% от массы волокна. 23. Hollow fiber membrane having antimicrobial properties, according to any one of paragraphs. 20-22, further comprising a polymer or mixture of polymers, in which or in which there is no antimicrobial substance, in an amount of from 95 to 98% by weight of the fiber. 24. Половолоконная мембрана, обладающая антимикробными свойствами, по п. 23, в которой полимер или смесь полимеров с антимикробным веществом и без него представляет собой один и тот же полимер или смесь полимеров. 24. The hollow fiber membrane having antimicrobial properties according to claim 23, wherein the polymer or mixture of polymers with and without the antimicrobial agent is the same polymer or mixture of polymers. 25. Способ изготовления половолоконной мембраны, обладающей неотъемлемыми антимикробными свойствами, по любому из пп. 1-24, включающий следующие стадии:25. A method for producing a hollow fiber membrane having inherent antimicrobial properties, according to any one of claims. 1-24, including the following steps: a) смешивание полимера с внедренным антимикробным веществом или смеси полимеров с внедренным антимикробным веществом с полимером или смесью полимеров без антимикробного вещества, с порообразователем, содержащим полиэтиленгликоль и другие добавки, с растворителем для всех компонентов; a) mixing a polymer with an embedded antimicrobial substance or a mixture of polymers with an embedded antimicrobial substance with a polymer or a mixture of polymers without an antimicrobial substance, with a blowing agent containing polyethylene glycol and other additives, with a solvent for all components; б) пропускание смеси, полученной на стадии а), через фильеру вместе с осадителем для полимеров.b) passing the mixture obtained in step a) through a die together with a polymer precipitant. 26. Способ по п. 25, в котором стадию б) осуществляют при температуре от 25 до 80 градусов Цельсия.26. The method according to claim 25, in which step b) is carried out at a temperature from 25 to 80 degrees Celsius. 27. Способ по любому из пп. 25 или 26, в котором антимикробное вещество представляет собой оксид металла, соль металла или металл.27. Method according to any one of paragraphs. 25 or 26, wherein the antimicrobial agent is a metal oxide, a metal salt or a metal. 28. Способ по любому из пп. 25-27, в котором полимер или смесь полимеров, в состав которых входит антимикробное вещество, составляет от 2 до 5% от общей массы полимеров в смеси, образованной на стадии а).28. Method according to any one of paragraphs. 25-27, in which the polymer or mixture of polymers, which includes an antimicrobial substance, constitutes from 2 to 5% of the total weight of polymers in the mixture formed in step a). 29. Способ по любому из пп. 25-28, в котором полимер или смесь полимеров, в которой отсутствует антимикробное вещество, составляет от 95 до 98% от массы волокна.29. Method according to any one of paragraphs. 25-28, in which the polymer or mixture of polymers, in which there is no antimicrobial substance, constitutes from 95 to 98% by weight of the fiber. 30. Способ по любому из пп. 25-29, в котором полимер, в который внедрено антимикробное вещество, представляет собой полиэфирсульфон и полимер или смесь полимеров, в которой отсутствует антимикробное вещество, представляет собой полиэфирсульфон, причем полимеры представлены в массовом соотношении от 3 до 97%.30. Method according to any one of paragraphs. 25-29, in which the polymer into which the antimicrobial agent is incorporated is a polyethersulfone and the polymer or mixture of polymers in which the antimicrobial agent is absent is a polyethersulfone, the polymers being present in a weight ratio of from 3 to 97%. 31. Способ по любому из пп. 25-30, в котором полимер или смесь полимеров с антимикробным веществом и без него представляет собой один и тот же полимер или смесь полимеров.31. Method according to any one of paragraphs. 25-30, in which the polymer or mixture of polymers with and without an antimicrobial agent is the same polymer or mixture of polymers. 32. Способ по любому из пп. 25-31, в котором антимикробное вещество содержит частицы оксида металла, внедренные в него посредством перекрестной сшивки между полимерными цепями.32. Method according to any one of paragraphs. 25-31, wherein the antimicrobial agent contains metal oxide particles incorporated therein by cross-linking between polymer chains. 33. Устройство для фильтрации жидкости, содержащее половолоконную мембрану по пп. 1-24, причем устройство включает корпус для мембраны, где корпус содержит по меньшей мере один канал подачи и по меньшей мере один канал слива.33. A device for filtering liquids containing a hollow fiber membrane according to claims. 1-24, the device including a housing for the membrane, where the housing contains at least one supply channel and at least one drain channel. 34. Устройство по п. 33, в котором корпус содержит множество отверстий для впускного, выпускного и обратного сливных каналов.34. The device according to claim 33, in which the housing contains a plurality of openings for the inlet, outlet and return drain channels.
RU2019113622A 2018-05-03 2019-05-06 Hollow fibre membrane for liquid filtration RU2803126C2 (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PK319/2018 2018-05-03
PK3192018 2018-05-03
GB1816030.9 2018-10-01
GB1816030.9A GB2573352A (en) 2018-05-03 2018-10-01 Hollow fiber membrane for filtration of liquids
GB1906074.8A GB2573404B (en) 2018-05-03 2019-04-30 Hollow fiber membrane for filtration of liquids
GB1906074.8 2019-04-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2019113622A RU2019113622A (en) 2021-02-02
RU2803126C2 true RU2803126C2 (en) 2023-09-06

Family

ID=

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02293031A (en) * 1989-05-02 1990-12-04 Mitsubishi Rayon Co Ltd Hydrophilic porous hollow fiber membrane
US5074999A (en) * 1987-07-26 1991-12-24 Mordeki Drori Filter system having multiple filter elements and backflushing assemblies
US5102547A (en) * 1991-06-21 1992-04-07 Ionics, Incorporated Anti-fouling semi-permeable membrane system
JPH05115760A (en) * 1991-10-25 1993-05-14 Mitsubishi Rayon Co Ltd Antibacterial hydrophilic porous membrane and production thereof
JPH11221451A (en) * 1998-02-06 1999-08-17 Nok Corp Separation membrane containing antibacterial material and its production
EP2160946A1 (en) * 2008-09-09 2010-03-10 Polymers CRC Limited Process for the preparation of an antimicrobial article
RU2388526C2 (en) * 2004-08-11 2010-05-10 Вламсе Инстеллинг Вор Технологис Ондерзук (Вито) Membrane comprising integrated permeable channel
CN101703892A (en) * 2009-09-27 2010-05-12 上海安昆水处理设备有限公司 Antibacterial bacteriostatic polysulfone hollow fiber ultrafiltration membrane and preparation method thereof
CN101856596A (en) * 2010-06-12 2010-10-13 郑州大学 Antibacterial polysulfone hollow fiber ultrafiltration membrane
JP2011092800A (en) * 2009-10-27 2011-05-12 Panasonic Electric Works Co Ltd Water purifying filter and water purifier having the same
CN102205209A (en) * 2010-03-30 2011-10-05 广州美能材料科技有限公司 Antibacterial macromolecular ultra-filtration membrane and preparation method thereof
CN102397760A (en) * 2010-09-08 2012-04-04 绵阳美能材料科技有限公司 Polyether sulfone hollow fiber ultrafiltration membrane and preparation method thereof
EP2682177A2 (en) * 2011-03-01 2014-01-08 Electrophor, Inc. Composite material for purification of a liquid by filtration
JP2016517797A (en) * 2013-04-19 2016-06-20 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se Improved chemical stability of the membrane
WO2016131754A1 (en) * 2015-02-18 2016-08-25 Unilever N.V. Filter impregnated with copper
CN106139919A (en) * 2015-04-15 2016-11-23 辽宁纳诺膜科技股份有限公司 A kind of hollow-fibre membrane with superelevation antifouling property and preparation method thereof
CN106310980A (en) * 2016-08-18 2017-01-11 广州清沃膜材料科技有限公司 Antibacterial external-pressure polyvinylidene fluoride hollow fiber membrane

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5074999A (en) * 1987-07-26 1991-12-24 Mordeki Drori Filter system having multiple filter elements and backflushing assemblies
JPH02293031A (en) * 1989-05-02 1990-12-04 Mitsubishi Rayon Co Ltd Hydrophilic porous hollow fiber membrane
US5102547A (en) * 1991-06-21 1992-04-07 Ionics, Incorporated Anti-fouling semi-permeable membrane system
JPH05115760A (en) * 1991-10-25 1993-05-14 Mitsubishi Rayon Co Ltd Antibacterial hydrophilic porous membrane and production thereof
JPH11221451A (en) * 1998-02-06 1999-08-17 Nok Corp Separation membrane containing antibacterial material and its production
RU2388526C2 (en) * 2004-08-11 2010-05-10 Вламсе Инстеллинг Вор Технологис Ондерзук (Вито) Membrane comprising integrated permeable channel
EP2160946A1 (en) * 2008-09-09 2010-03-10 Polymers CRC Limited Process for the preparation of an antimicrobial article
CN101703892A (en) * 2009-09-27 2010-05-12 上海安昆水处理设备有限公司 Antibacterial bacteriostatic polysulfone hollow fiber ultrafiltration membrane and preparation method thereof
JP2011092800A (en) * 2009-10-27 2011-05-12 Panasonic Electric Works Co Ltd Water purifying filter and water purifier having the same
CN102205209A (en) * 2010-03-30 2011-10-05 广州美能材料科技有限公司 Antibacterial macromolecular ultra-filtration membrane and preparation method thereof
CN101856596A (en) * 2010-06-12 2010-10-13 郑州大学 Antibacterial polysulfone hollow fiber ultrafiltration membrane
CN102397760A (en) * 2010-09-08 2012-04-04 绵阳美能材料科技有限公司 Polyether sulfone hollow fiber ultrafiltration membrane and preparation method thereof
EP2682177A2 (en) * 2011-03-01 2014-01-08 Electrophor, Inc. Composite material for purification of a liquid by filtration
JP2016517797A (en) * 2013-04-19 2016-06-20 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se Improved chemical stability of the membrane
WO2016131754A1 (en) * 2015-02-18 2016-08-25 Unilever N.V. Filter impregnated with copper
CN106139919A (en) * 2015-04-15 2016-11-23 辽宁纳诺膜科技股份有限公司 A kind of hollow-fibre membrane with superelevation antifouling property and preparation method thereof
CN106310980A (en) * 2016-08-18 2017-01-11 广州清沃膜材料科技有限公司 Antibacterial external-pressure polyvinylidene fluoride hollow fiber membrane

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gohil et al. Introduction to nanostructured and nano-enhanced polymeric membranes: preparation, function, and application for water purification
Moghadam et al. Improved antifouling properties of TiO2/PVDF nanocomposite membranes in UV‐coupled ultrafiltration
Damodar et al. Study the self cleaning, antibacterial and photocatalytic properties of TiO2 entrapped PVDF membranes
CN1238086C (en) Antimicrobial semi-permeable membrances
JP5933557B2 (en) High flux hollow fiber ultrafiltration membrane and method for its preparation
CN105636677B (en) Improve the chemical stability of filter membrane
JP2005524521A (en) Mixed polymer filter media for treating aqueous fluids
US11395992B2 (en) Hollow fiber membrane for filtration of liquids
JP6374291B2 (en) Hollow fiber membrane module
RU2803126C2 (en) Hollow fibre membrane for liquid filtration
WO2020052679A1 (en) Gravity-driven chitosan-enhanced melamine sponge for stable ultrafast filtration
CN101484390A (en) Dihalogeno-hydroxydiphenylether as antimicrobials in water treatment
CN1409611A (en) Drinking element
JP6277097B2 (en) Hollow fiber membrane, method for producing hollow fiber membrane, and liquid treatment method
RU68348U1 (en) FILTER MATERIAL AND BACTERICIDAL DEVICE
CN102512985A (en) Preparation method for antibacterial fluorine-containing polymer hollow fiber micro-porous membrane
JP2008062119A (en) Filter medium, its manufacturing method, filtration treatment device, and filtration treatment method
Boussemghoune et al. Preparation of multilayer polyelectrolyte ceramic membrane for water disinfection
CN110787650A (en) Preparation method of porous nano antibacterial particles and composite hollow membrane
KR20050100833A (en) Antimicrobial braid-reinforced hollow fiber membrane and method of preparing the same
CN205419981U (en) Deodorant filter core structure
JP3918586B2 (en) Hollow fiber membrane and hollow fiber membrane module
JP3220216B2 (en) Water treatment method
Eren Fabrication and Characterization of Silver Embedded Polymeric Membranes for Waterand Wastewater Treatment
WO2015137330A1 (en) Porous membrane and water purifier